3G 頻段

3G

一、執照Ａ：2 x 15MHz(1920~1935MHz;2110~2125MHz) + 5MHz(1915~1920MHz)
遠致電信 /遠傳電信(FEG) /WCDMA /101.69e

二、執照Ｂ：2 x 10MHz(1935~1945MHz;2125~2135MHz) + 5MHz(2010~2015MHz)
威寶電信(VIBO) /WCDMA /77e

三、執照Ｃ：2 x 15MHz(1945~1960MHz;2135~2150MHz) + 5MHz(2015~2020MHz)
台灣大哥大(PCC) /WCDMA /102.81e

四、執照Ｄ：2 x 15MHz(1960~1975MHz;2150~2165MHz) + 5MHz(2020~2025MHz)
中華電信(CHT) /WCDMA /101.79e

五、執照Ｅ：2 x 20MHz(825~845MHz;870~890MHz)
亞太電信(APOL) /CDMA2000 /105.7e

請參考中華民國 九十七年三月六日 通傳營字第09741011830號令

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TD-LTE建网强调六个面向

经过数年努力，TD-LTE从原理样机到单系统性能，从室内测试到室外测试，从小规模网络测试到扩大规模网络测试，在通向商用的道路上，一程快似一程。2012年9月，2万基站的TD-LTE扩大规模测试的网络建设将在13个城市展开，在杭州、广州、深圳，更将出现可以与TD-SCDMA网络覆盖相匹敌、性能大幅提升的TD-LTE网络。TD-LTE商用的号角即将吹响。在这一发展节点，并北京(国际)通信展开幕前夕，《中国电子报》对中国移动研究院副院长黄宇红就TD-LTE商用能力、网络建设、全球市场开拓等做了独家深入采访。
系统设备和终端完全具备商用要求
中国电子报：中国移动TD-LTE扩大规模的测试网络建设马上就要开始，您认为，TD-LTE设备是否能够支撑这次服务于规模商用的网络建设？
黄宇红：应该说，经过第一、二阶段的规模试验和海外商用经验积累，系统设备具备了商用能力。从2010年12月开始的TD-LTE第一阶段试验到现 在，已经有超过一年半的时间，在这段时间中，我们看到TD-LTE系统设备的可商用水平不断提高，而且针对这次扩大规模的测试网络，我们看到企业的产品也 在更新换代。有些平台是基于原有技术的优化，有些平台是企业已经在国外推出的FDD/TDD共平台商用产品。
在即将开始的大规模试验网络建设中，我们对设备商的能力要求是综合的，包括硬件、软件的可靠性、稳定性以及完备性等各方面能力，比如，在设备平台上 已在商用LTE网络中长期稳定工作，设备实现了更高集成度，每载频带宽从20MHz向40MHz提升，能够支持更大容量，多种设备形态适用于不同部署场景 等。此外，我们还会为频谱聚合等后续增强功能的尽快实施做准备，因为通过频谱聚合能够使传输峰值成倍增加，理论峰值能够达到220Mbps，平均吞吐量达 到50M～60Mbps。通过第二阶段测试和近期对企业更新产品的评估后，我们认为，系统设备的集成度、可靠性和稳定性、功能完备性等方面都达到了商用要 求。
中国电子报：终端一直是业界公认的热点和难点，在今年扩大规模的测试网络中，TD-LTE主流终端是什么？TD-LTE智能手机的进展如何？
黄宇红：针对这次扩大规模的测试网络，中国移动采用的数据终端型态主要是MIFI，还会有不少数据卡、CPE在试点城市中应用。在终端环节上，单模 终端比较稳定，已经可以商用，多模终端也趋于成熟，可以在扩大规模试验阶段应用。日本软银TD-LTE网络有超过26万用户使用，主要终端品种就是 MIFI。当然，根据国际经验，智能手机可使用户普及的更快。在FDD LTE技术已经推出多款智能手机后，加快TD-LTE智能手机的发展也是我们努力的方向。
事实上，TD-LTE智能手机的发展也比较快，在本月或者下月，日本软银会发布TD-LTE/WCDMA双模智 能手机。在国内，联发科也拿出基于已商用平台上开发的TD-LTE/TD-SCDMA多模智能手机参与我们在广州组织的测试。对我们来说，这是一次摸底测 试，下半年还会有大量测试来完善手机的功能和性能。从测试结果来看，这款终端在数据业务的成功率、稳定性以及话音业务的成功率等方面表现较好。
多模多频终端是发展难点，但也是发展趋势。多模方面，中国移动希望TD-LTE终端不仅能够支持GSM/TD-SCDMA，还能够支持FDD LTE和WCDMA，方便用户能够拿着同一款终端在国外漫游。从产业发展来讲，多模终端可以使中国运营商和国外运营商共享一个全球性的产业规模。目前海思、高通等 已经推出了支持以上五模的芯片，且有更多厂家将陆续推出五模芯片。多频方面，中国移动定义了10个频段的要求，GTI定义了12个频段的MIFI终端。以 前频段不能做得多主要是因为采用分立器件，支持多频段只能通过器件堆叠，体积大、成本高。现在随着产品工艺的提升，高集成度、宽频产品的推出，成本和体积 都会大大减少。
终端厂家也希望一款终端多个市场应用。既然TDD商用已经晚于FDD，中国移动希望能够站在更高的平台上，带动产业把这种能够全球漫游、具备规模发展的解决方案做出来，使得一个标准全球使用，一款终端全球漫游。
中国电子报：测试曾经是TD的薄弱环节，但对产业的发展又十分重要，目前TD-LTE的测试仪器仪表水平如何？
黄宇红：在测试仪器仪表方面，TD-LTE已经有了端到端的测试平台，为提高网络和终端的质量提供了保障。特别针对终端，我们比照WCDMA、 GSM的一致性测试，推动TD-LTE一致性测试仪表的发展。在TD-SCDMA发展之初，手机没有一致性测试，使得在大规模商用中暴露出许多问题，我们 发现必须把这个短板补上，否则手机质量问题会很大。现在TD-SCDMA手机质量有了很大提升，与WCDMA的质量接近或者基本相同，其中一个重要因素就 是推动一致性测试能力的具备，包括测试规范和相应的仪表。
因此，我们从开始就非常重视构建TD-LTE的一致性测试及国际认证能力，积极推动TD-LTE测试标准、测试仪表同LTE FDD同步研发，国家重大专项也做了支持。目前，TD-LTE已具备一致性商用测试仪表，国内企业大唐、星河亮点，国际企业安奈特、罗德斯瓦茨、安利等都积极研发了TD-LTE终端一致性仪表。
联发科基于商用平台开发的TD-LTE/TD-SCDMA多模智能手机在测试中，数据业务的成功率、稳定性和语音业务的成功率等表现良好。
扩大规模建网强调六个面向
中国电子报：TD-LTE发展的好坏，与网络质量息息相关，此次大规模建网，也是目前世界最大的TD-LTE网络建设，中国移动主要的建网思路是什么？
黄宇红：针对这次建设，公司提出了“六个面向”，即面向规划、面向建设、面向组网、面向优化、面向互操作、面向新技术和新产品。
一是面向网络规划。主要是进一步明确网络规划的规律和指标。随着站址选择和建站协调的难度加大，对运营商来说新建站址并不容易，因此建站之前的网络 规划十分重要。在规划中要明确业务要求，即用户数据业务的速率，在此基础上确定站址位置和布点数量。一般来讲，小区边缘都会由于传播损耗以及干扰因素导致 信号质量变差，使得用户速率下降。因此在站址规划中要综合考虑容量和覆盖的要求，控制小区间干扰，合理设置站址密度。
二是面向组网。包括室内、室外组网方案的确定。例如，其中一个重要问题是TD-LTE是在D、F、E三个频段上的联合组网，目前已经明确E频段用于 室内，F频段用来做室外连续深度覆盖，后续需要不断摸索D频段做容量增强的覆盖和组网方式。我们需要摸索确定三频段联合组网的方案。
三是面向建设。我们希望最大限度地降低工程建设难度，其中的难点是站址的共享和新建。TD-LTE与现有站址共享的重点是尽量不要改动天面、天馈等 原站的固定设施；TD-LTE的新建则要考虑网络建成后的质量要与规划效果的匹配。组网与建设的规律和方案确定下来，在真正商用时就不会出现大的问题。
四是面向优化。优化是一项持续进行的很重要的工作，与GSM、3G以语音业务为主不同，LTE是全IP的网络，主要优势是数据业务，因此对其优化规律的摸索也很重要。以前的网络评估指标主要是接通率、掉话率，对TD-LTE大带宽的数据业务应该用什么指标评估也是需要摸索确定的。
五是面向互操作。中国移动一直在讲“四网协同”，主要还是因为目前不同的业务需要不同的网络来支撑。尽管我们希望TD-LTE是一个连续覆盖的网 络，但因为其频段比较高，一个基站的覆盖面积相对比较小，因此会有一些地方的数据业务需要3G网络来补充。仅从语音角度考虑，虽然目标是实现VoLTE， 但在过渡期，语音还是要回落到现有网络上，因此如何保证用户从TD-LTE网转换到现有网络上的体验，也需要测试验证摸索经验。
六是面向新技术和新产品。我们沿着TD-LTE的标准化版本，在推动新技术发展。以前的测试是依据R8版本，第二阶段测是R9版本，现在R10版本 中频谱聚合功能等部分功能也要考虑引入。此外，一些新站型的性能和组网技术也要进一步测试和验证。以前建网以宏基站为主，现在很多地方包括室内场景，很难 用宏基站就解决覆盖问题，一些微站、微微站的新站型出现，这些站型与宏基站的联合组网技术都需要进一步验证。面向新技术，也是为了面向商用做准备。
中国电子报：有哪些城市会更接近商用？
黄宇红：在扩大规模的测试网络建设中，杭州、广州、深圳的建设目标是可商用，只有这样才能够摸索出商用建设的规律。在这三个城市中，从网络建设和技 术要求来看，希望TD-LTE网络的连续覆盖率水平与现在的TD-SCDMA网络相当。据我们分析，在同频段，TD-LTE的覆盖较果会更好一些。目前覆 盖方案考虑主要用宏基站实现室外道路连续覆盖以及室内浅层覆盖，同时还会建一些室分系统做室内深度覆盖，并考虑测试验证微站、微微站进行深度覆盖的效果。

中国对海外市场爆发有很大影响
中国电子报：目前，包括日本软银、印度巴蒂在内已经有12个TD-LTE商用网络。您认为目前海外市场发展是否理想？
黄宇红：TD-LTE海外市场的发展应该说是不错的，已经突破了10个商用网络，这是一个不小的成就，但是与FDD相比，整体规模和数量都小很多，还没有形成全球广泛部署的市场规模，最终都要看中国的发展。我们在和许多国际运营商的沟通交流中能够明显看到，他们非常关注中国市场何时启动以及商用的规模有多大。TD-LTE之所以智能终端的发展比FDD LTE慢一些，我认为不是技术上有什么障碍，关键是市场规模是否能够吸引终端企业的投资。
终端企业的投入是非常谨慎的，因为其生产投入很大，如果卖不出去损失也很大，因此他们一直在评估这个市场的规模。从TD-LTE已经商用的海外市场 来看，发展用户最多的日本软银在日本也仅是第三大运营商。印度巴蒂的TD-LTE也只有四个州的牌照，覆盖用户数的总量比较小，初期靠他们很难把TD- LTE的规模带动起来，因此中国的发展对海外市场的快速爆发有很大影响。
之所以国外已经有12个商用网络，是因为这些运营商看到了巨大的商机，随着智能手机的 普及，用户对数据的需求很迫切。这些运营商既想上TD-LTE，也希望中国能够尽快启动，带动市场做大规模。对于这些先上TD-LTE的运营商，由于现在 规模没有做起来，成本会比较高，使得企业赢利能力变弱，如果其实力又不够强，不能够等到TD-LTE的规模化发展期就倒掉，会对TD-LTE产生很大的负 面影响。现在TD-LTE处于上升期，如果发展不好，FDD仍有可能把TDD频率“吃掉”，TDD频率缩小，市场规模也相应缩小。我们希望TD-LTE发展起来，形成健壮产业，让企业也敢于向TD-LTE投资。
中国电子报：频率对移动通信是一种重要的战略性稀缺资源，也是开拓全球市场的必备要素，目前TDD频段在国际上的划分情况是怎样的？
黄宇红：我们认为，频谱资源是移动通信的基础资源，频谱资源的划分是TD-LTE发展的重要保障。
针对频谱，首先我们希望政府尽快确定D频段的规划。国际上对D频段的使用有两种，一种是全部D频段都给TDD使用，如美国；另一种是D频段两边给 FDD留下对称的70M，共140M，中间50M频段留给TDD，如欧洲。第二种划分因为TDD与FDD之间要有保护带，所以真正TDD能用的频率非常 少。
我国把TD-LTE作为主导技术，频谱划分的支持是直接的支持，频谱少产业规模就很小，政府也理解和重视这一问题。如果我国对D频段的划分确定下 来，不仅能够带动产业发展，还能够影响一部分国外政府的频谱规划，当然，还要尽快对外发布。一方面可以争取还没有规划的国家，如印度；另一方面希望吸引有WiMax频段的企业采用TDD技术。目前欧洲D频段的部署并不是很快，所以如果我国尽快确定了频率规划，加上美国运营商明确把2. 6G频段全频段部署TDD，就意味着其他很多国家能够以此为标杆跟进，TD-LTE就应有很好的市场前景。

黄宇红

GSA：全球285家运营商投资LTE 49张网络已商用

C114讯 北京时间1月6日早间消息（蒋均牧）全球移动设备供应商协会（GSA，Global mobile Suppliers Association）日前更新了其《LTE演进（Evolution to LTE）》报告，确认有49家运营商现已商用LTE网络。
该报告覆盖了LTE FDD和LTE TDD两种系统模式。
285家运营商承诺商用LTE网络部署，或正在从事试点、技术测试、研究，较半年前增长30%。
全球移动设备供应商协会确认有226张商用LTE网络正在76个国家和地区部署或规划中，较半年前增长36%，其中有49张网络现已启动商用服务。另有17个国家和地区的59家运营商正在试用、测试LTE，或进行研究。
目前已有49张LTE网络在29个国家和地区投入商业运营，约为半年前的两倍。分别位于亚美尼亚、澳大利亚、奥地利、巴林、白俄罗斯、巴西、加拿 大、丹麦、爱沙尼亚、芬兰、德国、香港、匈牙利、日本、科威特、拉脱维亚、立陶宛、挪威、菲律宾、波兰、波多黎各、沙特阿拉伯、新加坡、韩国、瑞典、阿联 酋、乌拉圭、美国和乌兹别克斯坦。
全球移动设备供应商协会总裁艾伦·海登（Alan Hadden）表示：“在2011年，全球成熟和新兴经济体的运营商加强了它们对LTE技术的承诺和投资。商用网络数量超过新获得频谱的运营商数量一倍， 许多运营商会为LTE重新划分现有频谱（尤其在1800MHz频段）。”
历年LTE商用网络开通数为：2009年2张、2010年15张、2011年29张、2012年（1月3日）3张。全球移动设备供应商协会预计到2012年底将有50多个国家和地区的119张LTE网络实现商用。

2011年回顾：全球LTE商用总结概况[图]

C114讯 北京时间12月30日下午消息（艾斯）国外科技媒体Light Reading对2011年繁忙发展的LTE进行了总结。截止2011年年底，全球范围内正式投入商用的LTE网络已达到31张，而在2010年末全球仅有9张。
尽管美国走在了LTE技术的先列，成为全球最热的LTE市场，但事实上，LTE目前在亚太、欧洲、拉丁美洲、中东和北美等地都已开始出现商用。在欧洲，TeliaSonera已单独在7个市场推出LTE服务。
Light Reading表示，这张统计表单并不包含试点网络、用户试验网或者是虽被称作“商用网”而且运营商已经推出LTE网络但实际上却并未提供终端或还未向用户使用服务进行定价的那些网络。
当然，如果有哪些商用服务或者收费细节尚未被包含在内，也欢迎大家进行补充。
以下为2011年全球LTE商用服务表：

 

来源：C114

UQ通信展示WiMAX 2 最大下行速率为330Mbps

中国教育网讯，日本WiMAX运营商UQ通信（UQ Communications）10月5至9日在东京举行的日本CEATEC 2010电子展览大会上，展示了WiMAX 2最大速率为330Mbps，可在36秒内完成下载2小时电影、在1分37秒内下载共32本内容的百科全书。该公司称，此次WiMAX 2的动态展示为全球首次。
　　WiMAX 2是通过采用40MHz带宽、4×4MIMO以及64QAM，使最大速度达到330Mbit/秒的通信方式。与现有的移动WiMAX的40Mbit/秒相 比，速度高达后者的8倍。目前，IEEE方面正在进行IEEE802.16m的标准制订，计划2010年底推出相关标准。WiMAX论坛计划2011年内 启动WiMAX 2的设备认证程序，2012年支持WiMAX 2的设备将正式亮相。
　　此次，日本UQ通信设置了韩国三星电子的基站和试验终端，通过同轴线缆连接进行通信演示。通信使用的频率为2605M～2645MHz。现场解 说员称，本想进行不用同轴线缆连接，通过无线通信就可实现的演示，不过2605MHz～2625MHz已在UQ WiMAX的商用服务中使用，由于会对现有服务产生影响，因此采取了此次的方法。另外，2625MHz～2645MHz此前是面向移动设备的卫星广播电视 “MOBAHO！”所使用的带宽，目前UQ通信正在向日本总务省申请使用这一废弃的带宽。
　　演示中，从基站端的服务器向连接在试验终端上的5台电脑，发送1个全高清3D影像文件和16个全高清2D影像文件，运行中没有发生延迟和帧丢失的现象。通信速度一直可保持在330Mbps左右。
　　据悉，WiMAX 2基于IEEE 802.16m标准，满足国际电信联盟的“IMT-Advanced”要求，可显著扩大覆盖范围，提升性能，将为下一个十年的4G技术奠定基础。该标准提 供极高的峰值（无路径损耗）传输速率，例如在20MHz下行链路通道中速率高达300 Mbps----并具有较低的延迟。通过支持多个射频载波的聚合，可实现高达100 MHz的有效通道带宽。较宽通道和较高阶MIMO天线配置可使性能提升至数倍于目前最先进的无线系统。
　　WiMAX 2的提出获得了产业链的广泛支持，目前由WiMAX芯片商、设备商、运营商以及相关技术研究单位组成的WiMAX 2倡导合作组织WCI，成员包括奥维通、Beceem、GCT、英特尔、摩托罗拉、三星电子、Sequans、XRONet、中兴通讯以及台湾研发机构工 业技术研究院(ITRI)。WiMAX 2组织WCI的目标包括开展技术合作，制定统一的性能标准；共同测试基于WiMAX 2解决方案的4G应用；网络互用性前期测试；开展测试和互操作性检测工作，为WiMAX论坛认证做准备。
　　国际电气电子工程师学会(IEEE)将在今年11月最终确定WiMAX 2标准，该项标准之前名为802.16m，2011年将开启开始相关设备的认证工作。802.16m也将向后兼容802.16e标准，这是目前运营有 WiMAX网络的美国运营商正在使用的标准，这也意味着目前现有的网络系统将会平滑升级至新标准，并不需要大量的更新成本。

WiMAX頻段

交通部規畫WiMAX業者可使用2.5~2.69GHz的頻段進行無線訊號發送

2007年7月所發出的6張籌設許可顯示

北區大眾電信     及南區的遠傳電信    ，使用2,565~2,595MHz(稱之為A頻段)，共30MHz。

北區全球一動     及南區的大同電信    ，使用2,595~2,625MHz(稱之為B頻段)，共30MHz。

北區威邁思電信 及南區威達超舜電信   ，使用2,660~2,690MHz(稱之為C頻段)，共30MHz。

802.1 x 概述和 EAP 類型

802.1 x 概述
要使用？
可擴展身份驗證協定 (EAP) 身份驗證類型


802.1 x 概述
它 是一種用於保護通過身份驗證的網路埠訪問協定。其結果是，這種類型的身份驗證方法是由於性質介質的 wi-fi 無線上網環境中非常有用的。如果 wi-fi 無線上網的使用者通過網路訪問的 802.1 x 身份驗證，虛擬埠打開，允許進行通訊的存取點上。如果不成功獲得授權，虛擬埠不是可用並且通信將被阻止。

有 802.1 x 身份驗證的三個基本部分：

1. 要求者-Wi-fi 工作站上運行的軟體用戶端
2. 身份驗證器-Wi-fi 存取點
3. 身份驗證服務器的身份驗證資料庫，通常是一個 radius 伺服器 （如 Cisco ＊ ACS ＊、 Funk Steel-Belted 半徑 ＊，或 Microsoft ＊ IAS ＊

可擴展身份驗證協定 (EAP) 用於要求者 （Wi-fi 工作站） 和驗證服務器 （微軟 IAS 或其它） 之間傳遞身份驗證資訊。定義實際的身份並將其處理的 EAP 類型。存取點代理身份驗證器是僅允許要求者和身份驗證服務器進行通信的代理。

要使用？
對實施，或是否在所有執行 802.1 x 的 EAP 類型取決於本組織需要的安全以及所需的行政開銷/功能級別。我希望此處的說明和比較圖表將緩解瞭解 EAP 類型可用的各種困難。

可擴展身份驗證協定 (EAP) 身份驗證類型
EAP 身份驗證類型提供可能會更好的方法，就是保證安全的無線局域網連接和 Wi-fi 局域網 (LAN) 安全至關重要，因為供應商迅速開發並添加到他們的無線局域網存取點的 EAP 身份驗證類型。一些最常見的部署的 EAP 身份驗證類型包括 EAP-MD-5、 EAP-TLS、 EAP PEAP、 EAP TTLS、 EAP-快速、 和思科的飛躍。

• EAP-MD-5 (消息摘要) 面臨的挑戰是提供基本級別 EAP 支援的 EAP 身份驗證類型。EAP-MD-5 通常不推薦的 Wi-fi 局域網實現因為它可能允許該使用者的密碼派生。它只有一種方式驗證-提供 wi-fi 無線上網用戶端和網路沒有相互身份驗證。非常重要的是它不提供衍生動態、 每個會話有線等位私密 (WEP) 金鑰的手段。
• EAP-TLS （傳輸層安全性） 提供了基於證書和相互身份驗證的用戶端和網路。它依賴于用戶端和伺服器端來執行身份驗證的證書，並可用於動態生成基於使用者和基於會話的 WEP 金鑰，以確保隨後 WLAN 用戶端和存取點之間的通信。EAP-TLS 的一個缺點是必須在用戶端和伺服器端上管理證書。對於大型的 WLAN 安裝，這可能是一個非常繁瑣的任務。
• EAP TTLS （隧道傳輸層安全性） 是由 Funk 軟體 ＊ 和 Certicom ＊ 開發作為 EAP-TLS 的延伸。這種防偽方法提供基於證書、 相互身份驗證的用戶端和網路通過加密通道 （或"隧道"），以及衍生動態的手段，每個使用者，每個會話的 WEP 金鑰。與 EAP-TLS，不同的 EAP TTLS 要求只有伺服器端證書。
• 由 思科 ＊ 開發，EAP-FAST （通過安全隧道靈活身份驗證）。而不是使用證書，相互身份驗證是通過 PAC （保護訪問憑據），可以通過身份驗證服務器動態管理實現的。政府帳目委員會可以向用戶端是資源調配 （分散式一次），通過手動或自動。手動調配是傳遞到用戶端通過磁片或安全的網路的分配方法。自動資源調配是帶內，包括空氣，分佈。
• 飛 躍 （羽量級可擴展身份驗證協定），一種 EAP 身份驗證類型主要用於 Cisco Aironet ＊ Wlan。它對使用動態生成的 WEP 金鑰，資料傳輸進行加密，並支援相互身份驗證。迄今為止專有，Cisco 已領牌到各種其他製造商通過他們的 Cisco 相容性擴展程式的飛躍。
• PEAP （保護可擴展身份驗證協定） 提供安全傳輸包括舊式基於密碼的協定，通過 802.11 Wi-fi 網路的身份驗證資料的方法。PEAP 實現此目的的使用隧道 PEAP 用戶端和身份驗證服務器之間。像競爭標準隧道傳輸層安全 (TTLS)，PEAP 驗證 Wi-fi LAN 用戶端使用伺服器端證書，從而簡化的執行和安全的無線局域網的管理。微軟、 思科和 RSA Security 開發 PEAP。

802.1 x EAP 類型 功能 / 優點 MD5 --- 消息摘要 5 TLS --- 傳輸層安全性 TTLS --- 隧道的傳輸層安全性 PEAP --- 受保護的傳輸層安全性 快速---通過安全隧道靈活身份驗證 飛躍 --- 羽量級可擴展身份驗證協定 需要用戶端憑證 沒有 是 沒有 沒有 沒有 (PAC) 沒有 需要伺服器憑證 沒有 是 沒有 是 沒有 (PAC) 沒有 WEP 金鑰管理 沒有 是 是 是 是 是 流氓 AP 檢測 沒有 沒有 沒有 沒有 是 是 供應商 MS MS 芬克 MS 思科 思科 身份驗證的屬性 一種方法 相互 相互 相互 相互 相互 部署難易程度 很容易 困難 （因為用戶端憑證部署） 中度 中度 中度 中度 Wi-fi 安全 可憐 很高 高 高 高 使用強式密碼時高。

檢討上述討論和表通常會提供了以下結論：

• MD5 通常不使用它只能做單向的身份驗證，以及或許更重要的是不會不支援自動分配和轉動 WEP 金鑰所以不能減輕手動 WEP 金鑰維護的行政負擔。
• TLS，非常安全，但要求用戶端憑證，必須在每個 Wi-fi 工作站上安裝。PKI 基礎設施的維修需要額外的管理專門知識和在維護 WLAN 本身的時間。
• TTLS 通過隧道 TLS，並從而消除需要在用戶端上的證書來解決證書問題。這使得經常首選的選項。TTLS 主要推動的恐慌，懇請者和身份驗證服務器軟體的費用。
• 跨越了時間最長的歷史，和以前思科專有 （與思科 Wi-fi 配接器僅工務），同時 Cisco 已領牌到各種其他製造商通過他們的 Cisco 相容性擴展程式的飛躍。飛躍用於身份驗證時，應執行強密碼原則。
• 現在的企業，不能強制使用強密碼原則，不想部署用於身份驗證的證書 EAP 快速。
• 更近的 PEAP 工程 EAP TTLS 類似，它不需要在用戶端上的證書。PEAP 思科和微軟的後盾，並可在無需額外的成本，從微軟。如果需要轉到 PEAP 飛躍從，思科的 ACS 身份驗證服務器將運行兩個。

另一個選項-VPN
而不是依靠無線區域網路 進行驗證和保密 （加密），許多企業執行 VPN。這是通過放置在公司防火牆外部訪問點，並讓使用者隧道通過 VPN 閘道-就好像它們是遠端使用者。實施 VPN 解決方案的缺點是成本、 初始安裝的複雜性和正在進行的管理開銷。
這適用于：

Intel® Centrino® Advanced-N + WiMAX 6250 Intel® Centrino® Advanced-N 6200 Intel® Centrino® Advanced-N 6205 桌上型 Intel® Centrino® Advanced-N 6205 Intel® Centrino® Advanced-N 6230 Intel® Centrino® Advanced-N 6235 Intel® Centrino®Ultimate-N 6300 Intel® Centrino®Ultimate-N 6300 and Intel® Centrino® Advanced-N 6200 products Intel® Centrino® Wireless-N + WiMAX 6150 Intel® Centrino® Wireless-N 100 Intel® Centrino® Wireless-N 1030 Intel® Centrino® Wireless-N 105 Intel® Centrino® Wireless-N 130 Intel® Centrino® Wireless-N 135 Intel® Centrino® Wireless-N 2200 桌上型 Intel® Centrino® Wireless-N 2200 Intel® Centrino® Wireless-N 2230 Intel® PRO/Wireless 2000 LAN Access Point Intel® PRO/Wireless 2011 LAN Access Point Intel® PRO/Wireless 2011 LAN PC Card Intel® PRO/Wireless 2011B LAN Access Point

Intel® PRO/Wireless 2011B LAN PC Card Intel® PRO/Wireless 2011B LAN PCI Adapter Intel® PRO/Wireless 2100 網路連線 Intel® PRO/Wireless 2100A 網路連線 Intel® PRO/Wireless 2200BG Network Connection Intel® PRO/Wireless 2915ABG 網路連線 Intel® PRO/Wireless 3945ABG 網路連線 Intel® PRO/Wireless 5000 LAN Access Point Intel® PRO/Wireless 5000 LAN CardBus Adapter Intel® PRO/Wireless 5000 LAN Dual Access Point Intel® PRO/Wireless 5000 LAN PCI Adapter Intel® WiFi Link 5300 and Intel® WiFi Link 5100 products Intel® WiMAX/WiFi Link 5350 and Intel® WiMAX/WiFi Link 5150 products Intel® Wireless Gateway Intel® Wireless WiFi Link 4965AGN Xircom® CreditCard Wireless Ethernet Adapter (CWE-1120) Xircom® CreditCard Wireless Ethernet Adapter (CWE-1130) Xircom® SpringPort Wireless Ethernet Adapter (SWE1130) Xircom® Wireless Ethernet Access Point (APWE1120) Xircom® Wireless LAN Module for Palm* Handhelds (PWE1130)

WiMax - Control Plane Protocols and Procedures

1. Network Entry Discovery and Selection/Re-selection

    1.1 NAP Discovery: MS在检测到的channel上，通过解码和扫描ASN的DL-MAP，来检测NAPs. NAP_ID即Operator ID，用Base Station ID的高24bit来表示。

    1.2 NSP Discovery：一个NAP可以支持一个或多个NSP。The list of NSP IDs and verbose NSP names presented over the air interface as part of SII-ADV and/or SBC-RSP, and all NSP realms that can be obtained using SBC-REQ/RSP SHALL be uniform across all Base Stations of the same NAP ID

        MS顺序地对每个NAP执行NSP Discovery 操作；

    1.3 NSP Enumeration and Selection：WiMax支持手动和自动两种网络选择模式，在发现的NSP中做出选择

    1.4 ASN Attachment：选择好NSP之后，MS选择一个与该NSP相关连的ASN，使用NAI执行Attach过程。

2. WiMax密钥

    2.1 MS与Home NSP，通过EAP协议完成用户的身份验证功能。验证成功后，产生MSK和EMSK。
        2.1.1 MSK通过AAA协议传递到MS当前的NAS，用于生成密钥来保护R1(MS <-> BS)接口的数据传输。
        2.1.2 EMSK保存在MS和EAP验证服务器中，用于生成MIP-RK来保护Mobile IP的信令数据。


3. AAA

     3.1 For device authentication based on X.509 certificates, MS SHALL support EAP-TLS, Username of the NAI presented in EAP-Response/Identity SHALL be the MAC Address of the device.

    3.2 For user authentication, MS SHALL support at least one of EAP-AKA [18] or EAP-TTLS [19]. When EAP-TTLS is used, the MS and AAA SHALL support TTLS version 0 [19] and MS-CHAPv2 [20] as a tunneled authentication protocol.

    3.3 NAI.
      3.3.1 Outer-Identity, In EAP the outer identity refers to the NAI delivered by the EAP-Peer in the EAP-Identity Response. The RADIUS User-Name attribute is set to this value in the Access-Request. The AAA infrastructure routes the AAA packets according to the information contained in this attribute.

Mobile IP for IPv4

1. IP Mobility Support for IPv4, rfc3344.

    1.1 Mobile IP引入3个功能体.

        1.1.1 Mobile Node: 一个主机，可以在改变网络接入位置的情况下(接入不同的子网)，不改变通讯的IP地址。

        1.1.2 Home Agent: 一般情况下，是MN的归属网络上的路由器。负责 a)维护属于该HA的MN的位置信息；b)MN离开归属网络时，为MN转发数据。

        1.1.3 Foreign Agent: 一般情况下，是MN当前访问网络上的路由器。当MN在上面注册时，提供路由服务。

    1.2 Mobile IP的主要过程.

       

2. Mobile IP Network Access Identifier Extension for IPv4, rfc2794

   在MN(Mobile Node)不知道Home Address的情况下，MN可以使用AAA的NAI(Network Access Identifier)用于身份识别。这时，Registration Request消息中的Home Address域要被设置成全零，并增加一个Mobile Node NAI的附加域。

   FA (Foreign Agent)收到Registration Request消息后，如果发现Home Address为全零，则应该使用NAI进行消息路由。

DHCP

1. Dynamic Host Configuration Protocol; RFC 2131

    1.1 从client的角度来看，DHCP协议是BOOTP(RFC 951)的扩展

    1.2 DHCP的第一个作用是给client提供非易失的存储能力，以key-value的方式存储参数；

    1.3 DHCP的第二个作用是为client分配IP地址(临时的或永久的)；

    1.4 基本消息流程

       

EAP

1. Extensible Authentication Protocol (EAP), rfc3748

    1.1 EAP 定义了一个身份验证的框架，支持多种验证算法。

    1.2 EAP 对下层的传输协议没有依赖，自己提供可靠传输。具体来说，采用一一应答的方式，每一时刻处于传输过程中的消息只有一个。这种方式效率比较低，不适合用作大量数据传输。

    1.3 EAP 复用模型

        1.3.1 Lower layer.  The lower layer is responsible for transmitting and receiving EAP frames between the peer and authenticator.

        1.3.2 EAP layer.  The EAP layer receives and transmits EAP packets via the lower layer, implements duplicate detection and retransmission, and delivers and receives EAP messages to and from the EAP peer and authenticator layers.

        1.3.3 EAP peer and authenticator layers.  Based on the Code field, the EAP layer demultiplexes incoming EAP packets to the EAP peer and authenticator layers.

        1.3.4 EAP method layers.  EAP methods implement the authentication algorithms and receive and transmit EAP messages via the EAP peer and authenticator layers.

    1.4 EAP一共支持4种消息：Request/Response/Success/Failure

2. RADIUS Support For Extensible Authentication Protocol (EAP); rfc3579

    2.1 In RADIUS/EAP, RADIUS is used to shuttle RADIUS-encapsulated EAP Packets between the NAS and an authentication server. EAP-Message and Message-Authenticator attributes are introduced to support EAP.

    2.2 Example

3. The EAP-TLS Authentication Protocol; rfc5216

    3.1 EAP-TLS (Transport Layer Security) 在EAP协议的基础上，提供了一种 "certificate-based" 双向的身份验证和密钥生成机制

4. Basic case

RADIUS

1. Remote Authentication Dial In User Service (RADIUS), rfc2865

    RADIUS本身是个比较简单的协议，支持远程身份验证和Proxy. 通过下面几个消息，配合user-name, user-password等Attributes完成身份验证和用户配置功能。典型的应用有PPP验证等。

        Access-Request
        Access-Accept
        Access-Reject
        Access-Challenge

    RADIUS使用UDP协议来传递数据，IANA端口为 1812


2. RADIUS Accounting, rfc2866

    RADIUS协议的扩展，支持从Network Access Server (NAS) 到 RADIUS accounting server传递计费信息。IANA端口 1813

    在服务开始和结束的时候，RADIUS Accounting Client发送Accounting-Request消息到RADIUS Accounting server，服务状态在Attribute中说明。 Server接受这条消息时，返回Accounting-Response消息，否则，什么也不返回。Client超时后，可能重发这条Request消 息，也可能重建一条消息发送给备用服务器。


3. Dynamic Authorization Extensions to RADIUS, rfc3576

    RADIUS协议扩展，允许RADIUS server主动发起会话，动态地修改用户的session。比如改变用户的授权，或者断开该用户的连接。

        Disconnect-Request
        Disconnect-ACK
        Disconnect-NAK
        CoA(Change-of-Authorization)-Request
        CoA(Change-of-Authorization)-ACK
        CoA(Change-of-Authorization)-NAK

WiMax - Control Plane Protocols and Procedures

1. Network Entry Discovery and Selection/Re-selection

    1.1 NAP Discovery: MS在检测到的channel上，通过解码和扫描ASN的DL-MAP，来检测NAPs. NAP_ID即Operator ID，用Base Station ID的高24bit来表示。

    1.2 NSP Discovery：一个NAP可以支持一个或多个NSP。The list of NSP IDs and verbose NSP names presented over the air interface as part of SII-ADV and/or SBC-RSP, and all NSP realms that can be obtained using SBC-REQ/RSP SHALL be uniform across all Base Stations of the same NAP ID

        MS顺序地对每个NAP执行NSP Discovery 操作；

    1.3 NSP Enumeration and Selection：WiMax支持手动和自动两种网络选择模式，在发现的NSP中做出选择

    1.4 ASN Attachment：选择好NSP之后，MS选择一个与该NSP相关连的ASN，使用NAI执行Attach过程。

2. WiMax密钥

    2.1 MS与Home NSP，通过EAP协议完成用户的身份验证功能。验证成功后，产生MSK和EMSK。
        2.1.1 MSK通过AAA协议传递到MS当前的NAS，用于生成密钥来保护R1(MS <-> BS)接口的数据传输。
        2.1.2 EMSK保存在MS和EAP验证服务器中，用于生成MIP-RK来保护Mobile IP的信令数据。


3. AAA

     3.1 For device authentication based on X.509 certificates, MS SHALL support EAP-TLS, Username of the NAI presented in EAP-Response/Identity SHALL be the MAC Address of the device.

    3.2 For user authentication, MS SHALL support at least one of EAP-AKA [18] or EAP-TTLS [19]. When EAP-TTLS is used, the MS and AAA SHALL support TTLS version 0 [19] and MS-CHAPv2 [20] as a tunneled authentication protocol.

    3.3 NAI.
      3.3.1 Outer-Identity, In EAP the outer identity refers to the NAI delivered by the EAP-Peer in the EAP-Identity Response. The RADIUS User-Name attribute is set to this value in the Access-Request. The AAA infrastructure routes the AAA packets according to the information contained in this attribute.

WiMAX -- 網路結構和參考點

1.  功能体和参考点

几个重要的概念：
    1.1 Access Service Network (ASN):defined as a complete set of network functions needed to provide radio access to a WiMAX subscriber(为WiMAX用户提供无线接入服务的一个功能体）

    1.2 Network Access Provider (NAP):NAP is a business entity that provides WiMAX radio access infrastructure to one or more WiMAX Network Service Providers (NSPs). A NAP implements this infrastructure using one or more ASNs（为WiMAX运营商提供无线接入服务的基础设施，由一个或多个ASN组成。是一个商业上的概念）

   1.3 Connectivity Service Network (CSN):Connectivity Service Network (CSN) is defined as a set of network functions that provide IP connectivity services to the WiMAX subscriber(s).(为WiMAX用户提供IP联接服务的功能体）

   1.4 Network Service Provider (NSP): NSP is a business entity that provides IP connectivity and WiMAX services to WiMAX subscribers compliant with the Service Level Agreement it establishes with WiMAX subscribers. （为注册用户提供IP联接和其他WiMAX服务，是一个商业上的概念）



2. 组网方式。WiMAX可以采用灵活的组网方式，一个BS可以同时接入多个ASN-GW；一个ASN可以同时接入多个CSN，并且，这些CSN可以属于不同的Service provider.

3. 传输层的协议结构，分为控制面(CP)和数据(UP)面两种。控制面的消息直接在MAC(R1)或IP(R3/R6)上传递；用户面的消息在R3/R6上通过IP隧道传递。
 

 

4. 主要协议

4.1 IP地址分配: DHCP
4.2 AAA: RADIUS + EAP
4.3 移动性管理： MIPv4(Client MIP, ProxyMIP), IPv6

参考文献:
[1] WMF-T32-002-R010v04_Network-Stage2-Part1
[2] WMF-T32-003-R010v04_Network-Stage2-Part2

邁向全IP/扁平化架構 LTE/SAE掀行動網路新革命

新通訊 2009 年 9 月號 103 期《 技術前瞻 》

文．許亨仰

下世代網路的基本趨勢 是朝向全面採用網際網路通訊協定(All-IP)的方向發展，讓電信業者以更簡單的方式來延伸網路，以面對日益遽增的服務需求，並且讓日後的新技術能更簡 單地加入現有網路。在過去，營運商必須建立各種網路來提供不同類型的服務給客戶使用，但未來勢必將會以單一網路來支援所有服務。

在回程線路 (Backhaul)IP化呼聲日益高漲之際，無線網路存取技術也開始朝向提供更高的資料傳輸速率以及改善頻譜使用率的方向演進。長程演進計畫(LTE) 無線通訊系統即是以此方向演進的主要標準之一。隨著3GPP Release 8標準於2008年12月底頒布，以及各主要供應商都已宣示開始進行LTE無線通訊系統的開發，使得無線通訊技術展開新一波朝向更高傳輸速率與服務品質發 展的浪潮。本文將簡介第三代夥伴計畫(3GPP)所採用的LTE無線通訊系統，同時說明相關網路架構及通訊協定技術，期能讓讀者一窺LTE無線通訊系統全 貌。   LTE/SAE攜手打造下世代網路 全球微波存取互通介面(WiMAX)的誕生，加速了Pre-4G無線行動寬頻服務發展的新契機，也點出目前3G技術在現有的電信網路架構下，無法完全滿足 行動網路服務需求的缺陷。為了突破寬頻分碼多重存取(WCDMA)系統5MHz頻寬的限制，3GPP開始發展下一世代的無線網路標準，亦即所謂的LTE。 LTE是無線通訊網路從線路交換語音網路(PSTN)邁向全資料封包網路的重要里程碑。透過LTE無線通訊系統，電信業者可用來提高無線網路的傳輸容量和 資料速率，以支援更強大的服務和互動視訊等新型多媒體應用，進而滿足未來的無線通訊需求。 隨著3GPP Release 8標準於2008年12月底定，整個行動產業已加速對於LTE無線通訊技術展開布局的腳步。位於產業鏈前端的行動射頻大廠目前仍處於LTE晶片研發階段， 高通(Qualcomm)、易利信(Ericsson)、飛思卡爾(Freescale)、三星(Samsung)與樂金(LG)等公司都將於今年嘗試推 出LTE晶片；而3GPP成立的長期演進計畫/系統架構演進測試聯盟(LSTI)也正在如火如荼的進行LTE裝置第一波的互通與田野測試。此次主要行動寬 頻通訊設備大廠阿爾卡特朗訊(Alcatel-Lucent)、易利信、華為、摩托羅拉(Motorola)與諾基亞西門子(NSN)也都投入LTE產品 的布局，希望能夠於2009年推出第一波產品。目前，全球領導電信營運商NTT、T-Mobile與威瑞森(Verizon)都宣稱將於2010年推出 LTE的商用服務，表明LTE無線通訊技術在商用上已開始起步，使得LTE的發展進入了新的階段。 LTE無線通訊系統是一個具有成本效益的網路架構，同時也有助於廠商設計出具吸引力的用戶端產品。在IP多媒體子系統(IMS)將納入下世代網路 (NGN)，以及固定/行動網路匯流(FMC)的趨勢影響下，使用者未來在移動網路上將擁有類似家庭數位用戶迴路(DSL)網路的高傳輸速率；對營運商而 言則是提供布建簡單、具價格競爭優勢的整合型網路。 LTE的主要設計目標有：第一，提高尖峰資料傳輸率(Peak Data Rate)，以提供與xDSL匹敵的資料傳輸速率。具體來說，其目標為在20MHz的頻寬中能夠提供下行100Mbit/s、上行50Mbit/s的尖峰 傳輸速率；第二，提高網路覆蓋區域邊緣的傳輸性能，允許網際網路應用能夠被無縫整合，不受到載波技術的影響；第三，降低系統延遲與連線設定時間。其具體目 標為將無線存取網路區域的延遲減少至10毫秒，同時要讓使用者在LTE網路上要有「隨時連線」的即時感覺。其他設計目標則包括增進頻譜效率、支援可調式頻 寬以及和現有系統及非3GPP系統的互通等。 為了實現上述要求，LTE無線通訊系統須對現有3G系統的空中介面(Air Interface)技術和網路結構提出改進與增強。由於此事牽涉到兩種行動通訊的主要元素，因此3GPP於3GPP Release 8標準規範中，將LTE與系統架構演進(System Architecture Evolution, SAE)技術規範區隔開來，後來兩者分別演進成3GPP Release 8標準中定義新型無線存取網路的演進統一陸地無線接取網路(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network, E-UTRAN)，與核心網路的演進數據分組核心網路(Evolved Packet Core, EPC)，其網路架構如圖1所示。 圖1　LTE網路架構 EPC網路是基於IP網路協定的多重存取核心網路，使得營運商可以在單一共同封包核心網路進行布建與運作各種不同的存取網路，如3GPP系統的無線存取網 路、非3GPP系統的無線存取網路以及固接存取網路等。EPC網路主要是針對移動管理(Mobility Management)、策略管理(Policy Management)以及安全(Security)三大功能進行定義。 E-UTRAN無線存取網路將更進一步演進到3GPP Release 9，然後才進入LTE-Advanced技術標準(Release 10與Release 11)朝向IMT-Advanced要求的1GBit/s的資料傳輸率努力。 隨著LTE無線通訊系統的發展，無線接取網路標準的解決方案已朝向正交分頻多重存取技術(OFDMA)和多重輸入/多重輸出(MIMO)技術進行，封包核 心網路(Packet Core Network)也正演進為扁平化的SAE架構，使得其網路將從較傳統的垂直導向架構轉向為水平對等架構。這些重要的轉變讓LTE新架構網路效能最佳化、 提高成本效益，並加速以IP為基礎的服務之商用化。 逐層剖析LTE網路架構 LTE無線通訊系統網路架構的設計簡化了既有行動通訊網路架構，並可與其他IP通訊網路進行無縫整合，使LTE網路架構成為扁平式的全IP網路架構(Flat All-IP)。 LTE無線通訊網路由EPC核心網路與E-UTRAN組成，再透過其他不同的傳輸介面與其他通訊網路介接。其網路架構與其他通訊網路的傳輸介面如圖2所示。 圖2　LTE網路架構傳輸介面示意圖 EPC核心網路藉由SGi傳輸介面提供LTE與外部IP網路服務以及電信營運商所提供之多媒體服務的介接通道，利用S6傳輸介面與家庭用戶服務(Home Subscribe Server, HSS)進行資料交換負責執行身分認證、金鑰協商等安全性功能、並利用S7傳輸介面與策略交換規範功能(Policy Charging Rule Function, PCRF)溝通達到方針管理的目的，又可分別利用S2、S3、S4等傳輸介面達成與其他無線通訊網路技術進行完整資料交換(Inter-working) 與移動管理切換的目的，使得其他3GPP或非3GPP通訊技術可以透過定義好的傳輸介面進入LTE網路。EPC核心網路的關鍵功能模組概略介紹如下： ‧ 移動管理實體 移動管理實體(Mobility Management Entity, MME)顧名思義即為LTE無線網路的移動管理首腦，負責手機處於閒置模式(Idle Mode)時的移動管理、演進數據封包系統(Evolved Packet System, EPS)業務承載(Bearer)的管理、非存取層(Non-access Stratum, NAS)安全管理等功能。 ‧ 用戶平面實體 用戶平面實體(User Plane Entity, UPE)主要是處理使用者資料傳輸的功能，負責管理與儲存用戶單元的內容、進行資料加解密、做為LTE網路的移動錨點、資料封包路由與遞送以及開始呼叫使用者等功能。 ‧ 3GPP錨點 3GPP錨點(3GPP Anchor)作為LTE與同屬於3GPP組織之2G/3G無線通訊系統之間的移動錨點，以支援LTE與2G/3G無線通訊網路的移動切換。 ‧ SAE錨點 SAE錨點(SAE Anchor)作為LTE與其他非3GPP無線通訊系統之間的移動錨點，以支援LTE與非3GPP無線通訊網路的移動切換。   在考慮網路運作的因素後，上述EPC核心網路的功能模組，又可以整合成服務閘道(Serving Gateway, S-GW)、移動管理實體、封包資料網路閘道(Packet Data Network Gateway, PDN-GW)三個功能元件，再加上由UE與eNodeB(eNB)組成的E-UTRAN無線存取網路即為LTE網路架構的最重要的四個功能元件，如圖3 所示。 圖3　LTE網路架構功能元件示意圖 E-UTRAN無線存取網路主要由使用者的手機(UE)以及與手機溝通的基地台(eNodeB)所組成，負責無線訊號的控制與資料處理，包括有無線資源管 理(Radio Resource Management)、權限控制(Admission Control)、排程、服務品質(QoS)、蜂巢資訊廣播、資料封包檔頭壓縮、加解密、資料封包處理、ARQ/HARQ等功能。此外eNodeB還負責 與EPC核心網路進行資料交換的任務。 行動管理實體則負責LTE核心網路的控制功能，為LTE網路的主要控制節點，利用S1-MME傳輸介面與eNodeB溝通。主要功能有負責手機註冊與解除 註冊的流程處理；藉由與HSS溝通進行用戶身分認證(Authentication)、授權(Authority)和計費(Accounting)等安全 功能；負責為手機選擇資料封包傳輸的伺服閘道；管理演進數據封包系統的承載，包括業務承載的建立，改變和拆除；負責對閒置模式手機的移動管理，包括追蹤手 機位置與呼叫尋找手機位置；負責與手機進行NAS通訊協定層資料的交換與保護；以及負責對存取層(Access Stratum, AS)通訊協定層的安全控制。 此外MME並利用S3傳輸介面與2G/3G無線通訊系統進行移動控制的溝通，對於漫遊手機的移動控制則是透過S6傳輸介面與HSS進行溝通，以確保多模手機可以於不同無線通訊系統下仍能自在的享受服務。 服務閘道是負責LTE核心網路的資料傳輸功能的主角，為LTE網路資料收送的閘道器，利用S1-U傳輸介面與eNodeB溝通。主要功能有負責路由並傳遞 使用者的封包資料；扮演用戶平面(User Plane)於eNode B之間換手時的行動錨點；扮演LTE與其他3GPP無線通訊系統之間的3GPP錨點；負責閒置模式手機下行資料路徑的終止與當其下行資料抵達時呼叫尋找手 機離開閒置模式進行資料接收；負責管理並儲存使用者內容，如IP承載服務參數、內部網路路由資訊等；負責於合法攔截時複製使用者訊息；以及協助服務品質的 策略控制與執行以及負責計算用戶的流量使用執行計費。此外，S-GW並利用S4傳輸介面與2G/3G無線通訊系統進行資料封包的傳遞與交換。 數據封包網路閘道則是LTE核心網路與外部世界連接的介面，為LTE網路與其他非3GPP網路資料收送與訊息控制的閘道器，分別透過S2、S7、SGi傳 輸介面與非3GPP無線通訊網路、PCRF、IP服務網路進行溝通，與S-GW溝通則是透過S5傳輸介面。主要功能有扮演手機通訊的資料封包傳輸進入點或 離開點，提供手機和外部封包資料網路連線；負責每個使用者的策略執行(Policy Enforcement)與封包過濾；負責支援計費、合法攔截與封包審查；扮演3GPP無線通訊網路與非3GPP通訊網路間移動的SAE錨點；基於 PCRF的請求管理演進的數據封包系統承載；以及扮演作為IP移動錨點的呈現點，負責分發IP位址給手機。 而MME與S-GW、P-GW又可以整合成實體的存取閘道器(Access Gateway)設備，因此從圖4的演進可以知道，LTE網路架構已經從既有2G/3G網路的四個實體設備簡化為eNodeB與存取閘道器兩個實體設備， 並且移除原本3G網路支援的電路交換(Circuit-switch)功能，轉變成全封包交換(Packet-switch)的IP網路，大幅降低LTE 核心網路的複雜度，相關元件之演進見 圖4。 圖4　LTE無線通訊功能元件演進示意圖 承載服務架構滿足多樣化QoS需求 由於LTE網路具備以單一架構滿足多種不同服務需求的能力，因此營運商勢必要能夠對不同種類的服務定義其服務品質。為此，LTE網路架構也定義了端對端服 務(End-to-end Service)的承載服務架構(Bearer Service Architecture)以滿足QoS的要求，如圖5所示。 資料來源：3GPP 圖5　端對端服務的承載服務架構 從圖5中可以看出，EPS承載業務架構繼續沿用了通用行動通訊系統(UMTS)網路相似的QoS框架結構，亦即分層次、分區域的QoS體系結構。在這個體系中，每一層的承載業務都是通過其下一層的承載業務來提供的。 端對端的QoS業務可以分解為兩部分：EPS承載業務與外部承載業務。其中，外部承載業務用於連接UMTS核心網和位於外部網路節點之間的業務承載。 EPS承載業務則可以分為EPS無線承載業務與EPS接入承載業務兩部分。EPS無線承載業務可根據請求的QoS，實現eNodeB與UE之間的EPS承 載業務數據單元的傳送，同時提供IP標頭壓縮、用戶平面加密功能，並可以為UE提供映射及復用信息；EPS接入承載業務則可以根據請求的QoS，實現 MME與eNodeB之間的EPS承載業務數據單元的傳送，同時提供端點到端點IP業務流匯聚的QoS保證。 多功/扁平化為4G主要特色 為了滿足下一代網路以單一網路架構支援多重服務的需求，以及透過結構扁平化來協助營運商撙節資本支出，LTE與SAE在網路結構設計上做了許多改良，同時 也導致硬體設備上，將簡化成只有基地台與存取閘道器兩元架構。此外，經過大幅簡化的網路架構亦有助於電信業者在單一網路上提供多元服務。 經過上述的介紹，相信讀者已對LTE無線通訊系統的網路架構已有概括的了解，作者在下期文章中，將進一步針對LTE無線通訊系統的通訊協定技術進行介紹。 (本文作者任職於資策會網路多媒體研究所)

IneoQuest - 手持IPTV测试仪表技术规格以及主要型号规格对比

作者：IneoQuest 黎致斌

Email：alex.li@ineoquest.com

 

 

本文简要介绍了手持IPTV测试仪的技术规格和提供不同厂家手持IPTV测试仪技术规格的对比。通过分析手持IPTV测试仪的具体应用，IPTV测试的主要技术参数和不同厂家测试仪型号对比，为读者选择手持IPTV测试仪提供参考。

 

手持IPTV测试仪的应用场景

 

根据 客户访问调查，手持IPTV测试仪表主要应用在IPTV业务最后一公里的线路开通和故障排查。在中国，运营商集中发展的IPTV用户主要分两类：普通用户 和大客户（比如，宾馆）。对于普通用户，IPTV业务的接入主要以ADSL为主，有少量的FTTx方式；对于大客户，IPTV业务的接入主要以光纤接入到 CPE，然后通过以太网交换机分发到各个楼层。因此，手持IPTV测试仪必须同时支持对这两种的IPTV业务的维护。

 

手持 IPTV测试仪主要需求是xDSL线路和10/100Mbps以太网接口的维护。同时，客户对千兆以太网接口也有少量的需求。需要指出的是：以现有的产品 架构和价格水平，手持IPTV测试仪对千兆以太网接口的支持有性能的限制。具体表现为可支持的最大网络吞吐量和同时分析的视频流数目。

 

 

中国IPTV的技术规格

 

至2007年6月，中国IPTV技术规范仍在标准化进程中。各地的IPTV网络有不同的IPTV部署架构，技术规格和网络设置。因此，手持IPTV测试仪必须支持中国市场现有的多种技术规格。

 

在中国IPTV市场，手持IPTV测试仪必须支持以下的技术规格：

 

×物理层（Physical Layer）接口：xDSL接口，以太网接口

×数据链路层（Data Link Layer）封装格式：以太网封装，VLAN，PPPoE

×网络层（Network Layer）封装格式：UDP，RTP，TCP

×MPEG层封装格式：MPEG-2 Transport Stream

×视频压缩格式：H.264, AVS, MPEG-4

×测试方式：串接和仿真STB

 

 

IPTV测试指标

 

合理 的测试指标能够帮助运维人员准确的判断故障类型和提高基层维护人员的工作效率。IPTV业务涉及了多个部门的协调：内容提供商（比如上海文广），视频头 端，核心网，汇聚网，宽带接入网。手持IPTV测试仪表主要应用在宽带接入网的维护。在进行IPTV故障排查和端到端质量监测中，手持仪表的读数应该与头 端和骨干网监测设备的读数具有一致性。

 

在宽带接入网，完整的IPTV测试需要提供以下指标：

× xDSL线路质量

×以太网CRC错误

×IP速率

×RTP丢包和抖动

×RFC 4445 MDI（媒体传输质量指标）

×PCR速率

×TR 101-290告警（针对MPEG-2 Transport Stream格式）

 

每个测试指标提供不同故障判断依据。由于RFC 4445 MDI同时考虑了IP传输层和MPEG层的因素，建议作为首选判断指标。然后，通过其它的测试指标辅助判断问题根源。

 

考虑对现场问题的深入分析和实验室故障重现的需要性，视频流的捕捉是一个必须的功能。

 

 

实验室测试和端到端监测

 

手持IPTV测试仪的使用中，维护人员关注测试读数代表哪方面的IPTV质量问题，以及问题的严重程度。这需要实验室测试的数据的配合。调查发现，假如实验室测试选择了与手持仪表不同的IPTV测试参数，维护人员往往无法使用实验室测试数据协助判断现网的IPTV问题。

 

在视频头端和骨干传输节点合理地部署IPTV业务质量监测仪器是维护良好IPTV业务质量的重要手段。使用统一的IPTV视频测量指标有利于不同部门的沟通，运营商和供应商的沟通，和端到端的故障排查。

 

随着使用RFC 4445 MDI（媒体传输质量指标）测量指标的测试仪器成为IPTV测试和维护的主流，RFC 4445 MDI有效地解决了实验室测试和现网维护中IPTV质量指标一致性的问题。因此，是否支持RFC 4445 MDI 测试是选择手持IPTV测试仪一个重要条件。

手持IPTV测试仪技术规格对比

 

本文通过收集公开的资料进行手持IPTV测试仪的技术规格对比。

 

手持式IPTV测试仪技术规格对比

型号	Agilent scope Pro	EXFO CoLT-450P	JDSU/Acterna HST-3000	Senter-IneoQuest ST36x	Sunrise Telecom Sunst MTT
显示屏规格	彩色 240x640	黑白128x128	灰阶	彩色QVGA	彩色
语言界面	英文，？中文？	多国语言	英文，中文	中文，英文	英文，？中文？
IPTV功能模块是否为选件？	是	是	是	内置	是
xDSL	否	是	是	是	是
10/100/1000BT	是	是（最大100BT）	是（最大100BT）	是（高端型号：最大1000BT）	是
1000SX/LX SFP	是	否	否	是（高端型号）	是
串接和仿真STB	是	是	是	是	是
PPPoE	是	是	是	是	未知
VLAN	未知	未知	未知	是	未知
IGMP测试	是	是	是	是	是
UDP/RTP/TCP	UDP/RTP	未知	UDP/RTP/TCP	UDP/RTP/TCP	未知
MPEG-2 TS	未知	是	是	是	是
TR101-290	未知	是	是	是	是
RFC 4445 MDI	未知	是	未知	是	未知
视频压缩格式	H.264, MPEG-2, MPEG-4, VC-1	H.264, MPEG-2, MPEG-4, VC-1	H.264, MPEG-2, MPEG-4, VC-1	H.264, MPEG-2, MPEG-4, VC-1, AVS	H.264, MPEG-2, MPEG-4, VC-1
视频捕捉	未知	未知	未知	支持	未知

 

 

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关于IPTV质量测试 RFC4445 MDI的原理和应用

PTV视频传输质量测试标准 － RFC4445 MDI (Media Delivery Index)媒体传输质量指标详解

IneoQuest公司 黎致斌
alex.li@ineoquest.com

MDI(Media Delivery Index)媒体传输质量指标是由思科公司和IneoQuest共同提出的，对视频流在IP网络传输质量进行评估的测量指标。作为IP视频流传输质量测试 的行业标准，MDI测量指标广泛地应用于IPTV和IP有线数字电视网络质量评估和监测。
首先，本文对RFC4445 MDI的测试原理进行详细解析。 然后，介绍MDI的典型应用：IP视频流传输质量监测，视频服务器输出性能分析，网络设备视频流承载性能评估，机顶盒网络容忍能力分析。

RFC 4445 MDI参数定义
对IP视频流的传输质量用RFC 4445 MDI标识为： DF：MLR。
MDI包括了两个参数：
? Delay Factor（延迟因素，简称DF）：该数值表明被测试视频流的延迟和抖动状况。DF的单位是毫秒(ms)。DF将视频流抖动的变化换算为对视频传输和解 码设备缓冲的需求。被测视频流抖动越大，DF值越大。当网络设备和解码器的缓冲区容纳的视频内容时间不小于被测视频流DF读数时，将不会出现视频播放质量 的下降。因为网络节点需要分配不小于DF值的缓冲用于平滑视频流抖动，所以DF的最大值为视频内容通过该网络节点的最小延迟。
? Media Loss Rate（媒体丢包速率，简称MLR）：MLR的单位是每秒的媒体封包丢失数量。该数值表明被测试视频流的传输丢包速率。由于视频信息的封包丢失将直接影 响视频播放质量，理想的IP视频流传输要求MLR数值为零。因为具体的视频播放设备对丢包可以通过视频解码中进行补偿或者丢包重传，在实际测试中MLR的 阈值可以相应调整。
读者从IETF网站下载RFC 4445 MDI的标准文档： http://www.ietf.org/rfc/rfc4445.txt


IP网络对视频质量影响的因素
网络传输特性往往归纳为三个指标：延迟，抖动和丢包。
延迟
在视频传输应用中，恒定的延迟表现为视频观看时间的推迟。为了避免网络抖动而产生视频播放效果恶化，网络节点和视频解码器往往需要对视频流进行缓冲。实验数据表明，视频播放延迟不影响视频观看的质量。
抖动
抖动产生有多种原因：视频编码器/服务器性能变化，网络线路出现拥挤，网络设备性能变化都可以导致视频流的抖动变化。观测视频流的抖动变化可以帮助运维人员提前发现视频传输质量恶化的趋势。
丢包
丢包对视频播放质量有直接的影响。试验表明，无论视频丢包的类型（I, B, P帧），在没有适当的视频解码补偿或者丢包重传机制下，视频播放质量都会出现不同程度的下降。


MDI测量的原理
DF（延迟因素）
流媒体应用有实时性的特点。在流媒体通过IP网络传输的同时，终端解码器在消耗已接收到的媒体流信息。 IP网络传输媒体流出现的抖动表现为同一媒体流的IP封包传输的间隔不均匀。
在采样周期中，DF首先计算在测量点每个IP视频封包到达时间变化。然后，与预期的视频流速度对比得出。采样周期默认为1秒。DF的数值在每次采样周期完成后更新。具体DF的计算公式如下：
假设在测量点有虚拟缓存大小为X,
X = |接收到的字节数 – 解码所需的字节数|
接收到的字节数为实际测量得到；解码所需的字节数通过对媒体流解码分析得到。
那么,
DF = [最大值(X) – 最小值(X)] / 媒体流码率
媒体流码率单位是：字节/秒。最大值（X）和最小值（X）是在采样周期内所得数值。
DF的计算将网络抖动换算为对媒体流解码缓冲的需求。当解码器的缓存保存媒体信息不小于DF数值，解码器不会出现缓存内容耗尽的情形；因此，网络的抖动将不影响视频播放的质量。
DF期望值（Expected DF）是在理想状态下得到的MDI：DF数值。这个数值等于媒体流在没有拥挤的线路传输。可以看作设备把一个视频封包转移到下一节点或者视频解码器的同时，另外一个视频封包立刻到达缓冲区。
DF期望值 = IP封包的MPEG内容 / 媒体流码率
假设每个IP封包包括了7个MPEG-2 TS封包， 每个MPEG-2 TS封包为188字节，则该IP封包包括了1316字节的视频内容。 视频流码率为2Mbps CBR。则:
DF期望值 = 1316 * 8 / 2,000,000 = 5.26 ms


MLR（媒体丢包速率）
MLR计算媒体封包在采样周期内的丢失总数：
MLR = 媒体封包丢失总数 / 采样周期
默认采样周期为1秒。媒体封包在MPEG-2 TS封装格式是指有效的MPEG封包（不包括填充MPEG封包）。

MDI与其它测量参数的配合
MDI主要反应了视频流传输的抖动和丢包特性。但是，MDI：MLR不能反应丢包的持续性。
实验数据表明，连续小量的丢包比一次大量的丢包对视频观看质量有更明显的影响。因此，MLT－15（过去15分钟媒体丢失总数），MLT－24（过去24小时媒体丢失总数）可以帮助使用者看到测试时间内的累积丢包数目。

IneoQuest建议的MDI阈值
由于网络的复杂性，IneoQuest建议MDI的阈值应该通过实验室测试求取。因为，视频压缩标准，视频码率，并发视频流数目，机顶盒缓冲大小都影响MDI的阈值设定。
根据IneoQuest的经验，CBR视频流情况下，MDI：DF的最大值应该避免和平均值偏离超过50％。比如， 平均MDI：DF为100ms。当MDI：DF出现最大值为200ms时候，这意味着视频流传输抖动出现明显的变化。虽然没有立刻造成视频播放质量问题， 维护人员需要对抖动的变化趋势进行跟踪。
以下是IneoQuest公司的建议阈值：
MDI：DF ＝ 50 毫秒
MDI：MLR ＝ 8 个媒体封包/秒
MLT－15 ＝ 128 个媒体封包
MLT－24 ＝ 1024 个媒体封包


RFC4445 MDI实际的应用
目前，RFC4445 MDI 在IPTV，IP有线数字电视（IP-QAM）都有广泛的应用。下面结合IneoQuest的产品案例介绍MDI的不同应用：

IP视频流传输故障排查和长期质量监测
随着VOD和高清电视的日渐普及，IP网络为视频节目的传输提供了比传统传输模式更加灵活和经济的手段。但是，IP网络的视频质量传输保障是部署VOD和高清电视业务的一大挑战。
使用RFC4445 MDI进行视频质量测试的优点是：
? 支持大量视频流实时分析
? 快速定位出现问题的节点
? 能够对加密的视频流进行分析

下图为使用IneoQuest产品在不同监测点进行视频质量监测的示意图。

IPTV网络的视频质量监测

有线数字网络的视频质量监测

在图中的监测位置是根据IPTV的网络架构和运维部门的分工选取的。除了作为长期监测以外，在实际故障定位排除中也是重要的测试点。
比如：
视频头端：这是节目源质量的监测点。任何视频头端出现的质量问题将是全网的问题。
IP传输网入口：这是IPTV业务与其它业务（数据，语音等）混合前的入口。监测进入IP传输网前的视频质量，可以分辨是视频头端的问题或者传输过程产生的问题。据此，故障排查的工作将分配给不同的维护部门－IPTV业务部门，数据传输部门。
宽带接入网入口：这是骨干传输网和接入网的分界点。往往骨干传输网与宽带接入网属于不同的维护部门负责。

视频服务器输出性能分析
高性能和高稳定的视频服务器是IPTV成功部署的一个关键。除了视频流并发数目外，每路视频流的稳定性是一个重要考核指标。视频服务器的输出性能可以使用RFC 4445 MDI进行分析。
根据服务器的架构，视频服务器的性能受到各子系统的约束：磁盘阵列性能，CPU性能，总线带宽，内存容量，网卡的性能。从部署观点来看，服务器的性能可以表述为下面四个项目：
1） 最大并发流数目
2） 最大网络端口输出吞吐量
3） 对大量突发请求的响应特性
4） 每路流的稳定性：
a) MDI：DF：视频流的抖动特性。抖动越大，可支持的并发流数目相应减少。抖动突变表明服务器性能出现下降。
b) MDI：MLR：视频流的丢包。视频服务器不应该输出有丢包的视频流。

在视频点播服务器的实验室测试和性能评测中，IneoQuest建议至少对以下两个场景进行测试：
1） N个用户点选N部影片的最大并发量：该测试体现了视频点播服务器的最高性能。服务器的各个子系统的瓶颈都将影响该测试的结果。虽然，普遍认为 视频点播的客户行为是80/20分布（80％的用户点选20％的热门影片）。但是，最近的研究成果表明网络客户的行为具有长尾的特性（Long Tail Theory，每部影片无论热门与否都有可能被点选）。因此，N个用户点选N部影片是一个合理的测试场景。
2） 对大量用户突发请求的响应特性：在接受突发大量用户点播请求后，服务器需要多长时间完成视频流的稳定输出，以及在接收大量点播请求后，输出视频流的变化特性。该场景将检查服务器在黄金时段大量视频点播的处理能力。


网络设备视频流承载性能评估
在IPTV部署中，网络设备的承载视频能力是必须考虑的因素。视频流与传统数据流不同的地方在于承载视频流业务的网络节点会需要更长的时间处于线速处理的状态。因此，对网络设备的交换/路由能力需要进行实验室的测试。
RFC 4445 MDI不但可以作为视频流输出质量的测试指标，还可以作为视频流输入的参数。
通过使用专门的仪器模拟视频流输入可以得到精确的视频承载能力指标。以下是IneoQuest建议的视频流承载能力测试网络拓扑。

网络设备视频流承载能力测试
该测试能得到在特定网络设置下，被测试网络设备可以同时承受多少路指定速率的视频流，并且能够忍受多大视频流抖动（以MDI：DF描述）而不出现输出丢包。

机顶盒网络容忍能力分析
取决与机顶盒的缓冲大小，视频流传输机制，处理能力，机顶盒制造成本，机顶盒对接收视频流的质量有一定的要求。因此，有必要在大量部署机顶盒前，了解该型号/版本的机顶盒对IP视频流的容忍阈值。RFC 4445 MDI可以作为一个视频质量指标。
下图中，左侧的IneoQuest视频测试仪产生视频流并且模拟不同的损伤情形。比如，加大视频流抖动（MDI：DF），修改视频流IP速率，修改 视频流的PCR速率， 产生丢包等。通过这些损伤模拟，可以得到被测机顶盒对IP网络视频流的处理能力。同时，右侧的IneoQuest视频测试仪将用户提议的视频质量量化为 MDI数值。这样，维护人员可以设定合理的阈值，在出现明显的视频质量问题前及时处理。


IneoQuest公司和产品简介
IneoQuest公司于2001年在美国波士顿郊成立。其市场定位是为IP传输视频流应用提供模拟发生，质量分析和长期监控的测试产品。经过多年的累积，IneoQuest客户群包括设备供应商，电信运营商，有线电视运营商。
以RFC4445 MDI视频质量测试为产品核心，IneoQuest产品提供IPTV视频测试和监测的完整解决方案。其中包括从10Mbps到10Gbps的视频测试硬件。
关于IneoQuest的产品规格和IPTV测试监控解决方案可以联系IneoQuest（Email: info@ineoquest.com）以及当地的代理商。

加速LTE整體性測試 Virtual PHY身先士卒

加速LTE整體性測試　Virtual PHY身先士卒

新通訊 2010 年 8 月號 114 期《 技術前瞻 》

文．林于彰/張雅茹

在通訊協定軟體的開發 階段初期，常會出現要開發媒體存取控制(MAC)層軟體的當下，卻還沒有真正能夠工作的實體(PHY)層可以使用。當這種情形發生時，雖然可以先將與實體 層之間的介面定義好，以此為基準來開發出MAC層軟體，但開發中期仍會面對沒有實體層平台可供操作，使得整體性的功能測試無法進行。

虛擬實體層 (Virtual PHY, VPHY)顧名思義為一套虛擬實體層平台的工具，在還沒有真正的實體層平台時，可以取代真正的實體層平台，作為被MAC層軟體操作的對象，如此一來，整體 性的功能測試便可以進行，減輕未來將MAC層軟體介接到真正實體層平台時的開發負擔。而為了達到整體性的功能測試，VPHY必須提供以下的功能：完善的操 作介面供MAC層軟體使用、模擬真實的實體層行為以符合MAC層軟體運行時的需求，以及資料連結以供端點對端點的測試。   以下會說明所設計的VPHY框架架構，再介紹依此VPHY架構所開發出的可供LTE eNode-B/UE的MAC層軟體所使用的VPHY。 解析VPHY架構 在VPHY框架(圖1)中，可同時存在多個VPHY Entity，這些實體(Entity)是透過VPHY Entity ID被MAC層軟體所識別的，通常每個VPHY Entity是被一個MAC層軟體所使用。透過圖中的Entity Manager，MAC層軟體可以指定創建模擬某種通訊協定的VPHY Entity。創建完成後，VPHY模組會提供一個VPHY Entity ID給MAC層軟體使用，之後透過傳訊的方式，可使MAC層軟體得以對該VPHY Entity進行操作。在每個VPHY Entity中都有一個模擬該通訊協定實體層行為的Protocol Part，MAC層軟體對實體層的操作實際上是反應在該Protocol Part的行為。 圖1　VPHY架構圖 在框架示意圖中的最下方為乙太網路射頻(Ethernet RF, EthRF)，提供資料連結能力，並負責傳送該通訊協定下RF所應該承載的資料，採用的方法是乙太網路封包，故取名為Ethernet RF。以下針對VPHY Entity、Ethernet RF和Protocol Part做介紹。 ‧ VPHY Entity   針對不同通訊協定所制定的VPHY，在架構中仍有其共通之處，這些共通的地方包括與MAC層之間都 是以傳訊的方式來溝通，以及都是利用Ethernet RF來傳送資料。VPHY Entity的功能就在於統整這些共通之處，提供一個統一的運行架構供其下的Protocol Part和其上的MAC層軟體來使用。在傳訊方面，VPHY Entity中設有兩個佇列(Queue)，一個用來儲存送抵該VPHY Entity的訊息，這些訊息包括MAC層軟體對VPHY的控制訊息，以及Ethernet RF所接收到屬於該VPHY Entity的封包，另外一個Queue則用來儲存要該VPHY Entity想傳送的訊息，包括VPHY傳送給MAC層軟體的訊息   鑑於送抵VPHY Entity的訊息必然一定要有人負責處理，因此輸入訊息的處理工作也被統整在VPHY Entity中，這部分的功能大抵上是先將訊息取出Queue，然後依據該訊息的類別來做相對應的處理，而由於Protocol Part的不同會有不一樣的訊息處理方式，因此VPHY模組內會有資料庫維護相對於各種Protocol Part的訊息處理函式。VPHY Entity透過查詢資料庫可知該訊息對應到何種處理函式，呼叫該處理函式後，該處理函式的內部行為是由Protocol Part所處理，在訊息處理完之後，便會釋放該訊息。。 ‧ Ethernet RF   VPHY封包的格式可見圖2所示的VPHY。在封包格式中，若Ethernet Header內的Type欄位填為對應到VPHY Type的數值，則該封包便會是一個VPHY的封包，接著的VPHY Fragment Header是用來將無法一次傳送的VPHY Payload切割成數個較小封包進行傳送。 VPHY Payload所攜帶的內容是從VPHY Protocol Header開始，此Header主要目的是標示該資料是屬於何種Protocol Type。此外，該Header也負責兩個VPHY端點間測量時距的功能(稱之為Ping的動作)。在目前的設計中，Ping分為兩種，一種是指定某端點 進行測量，另一種是指定想接收該Protocol Type的所有端點來測量。在VPHY Protocol Header之後，是VPHY Protocol Payload，這部分的格式會依不同的Protocol Type而有所差別。 EthRF所負責的是處理VPHY格式的網路封包，在動作上可分成傳送與接收。在傳送方面，EthRF將Protocol Part提供的VPHY Protocol Payload加上VPHY格式的Header後傳送出去；在接收方面，首先要先將VPHY格式的Header解讀，然後可知該封包屬於哪一種 Protocol Type，接下來去詢問VPHY模組內各個歸屬於此類Protocol Type的VPHY Entity，是否有意願要接收處理此VPHY Protocol Payload。若是有意願，EthRF會將該VPHY Protocol Payload包裝成訊息傳送給該VPHY Entity。 ‧ Protocol Part   承上所述，VPHY Entity中所有與該通訊協定相關的功能都實作於Protocol Part中，為了達成這個需求，Protocol Part必須具備完善的訊息介面以供MAC層軟體操作。此外，在VPHY Protocol Payload的格式規畫上也須能承載該通訊協定所需要的資訊，而在運作行為，也必須能模擬實體層行為以符合MAC層軟體的開發需求。 運用LTE技術之VPHY設計 本章將描述可搭配長程演進計畫(LTE)的VPHY設計，以此為例，使讀者更容易了解VPHY概念與其功能。 支援多項功能 LTE VPHY目前提供的功能有下列幾點：支援分頻雙工(FDD)模式的Type 1 Frame Structure；支援Normal CP(Cyclic Prefix)的Radio Resource；下行方向可支援傳送主同步訊號(Primary Synchronization Signal, PSS)、輔助同步訊號(Secondary Synchronization Signal, SSS)、蜂巢網專用參考訊號(Cell-specific Resource Signal, CELL_RS)、實體控制格式指示通道(Physical Control Format Indicator Channel, PCFICH)、實體下鏈控制通道(Physical Downlink Control Channel, PDCCH)、實體混合自動請求回覆指示通道(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel, PHICH)、實體廣播通道(Physical Broadcast Channel, PBCH)、高速實體下鏈分享通道(Physical Downlink Shared Channel, PDSCH)，以及上行方向可支援傳送實體隨機存取通道(Physical Random Access Channel, PRACH)、實體上鏈控制通道(Physical Uplink Control Channel, PUCCH)、實體上鏈分享通道(Physical Uplink Shared Channel, PUSCH)。 VPHY Payload專為LTE所設計 根據圖2，對於VPHY封包的說明，可以得知VPHY封包可用來搭配傳送各種MAC層軟體資料，在此即介紹專門為LTE所設計的VPHY Protocol Payload。於下行方向，將VPHY Protocol Payload分為DL Signal和DL Channel兩類，兩者皆帶有下行資訊，下行的LTE VPHY Protocol Payload欄位可參照圖3。另外，在上行方向，將VPHY Protocol Payload分為UL Signal和UL Channel兩類。上行的LTE VPHY Protocol Payload欄位可參照圖4。 圖2　VPHY封包格式圖 圖3　LTE Downlink VPHY Protocol Payload 圖4　LTE Uplink VPHY Protocol Payload eNode-B VPHY以訊息傳遞作溝通 訊息(Message)的傳遞是eNode-B VPHY(圖5)與無線電資源控制(RRC)/MAC層軟體溝通的主要方式，訊息根據傳遞方向與功能性分為請求(Request)、回應 (Response)及通知(Indication)三類。請求訊息是由RRC/MAC發送至eNode-B VPHY，另外兩類訊息則是由eNode-B VPHY傳遞至RRC/MAC。訊息內容除了eNode-B VPHY的控制訊號外，也包含上行/下行資料。eNode-B VPHY訊息類型可參照表1～3。 圖5　eNode-B VPHY狀態圖 目前eNode-B VPHY設計包含End State、Ready State和Running State三種狀態(State)。初始為End，經過MAC層的組態設定後，進入Ready狀態；收到啟動訊息便進入Running狀態；收到停止訊息 便進入Ready狀態。任何時候發生錯誤都會使狀態變成End，而且一旦回到End狀態時，必須設定完組態才能到Ready狀態。   接下來，依序介紹eNode-B VPHY的重要程序：初始eNode-B VPHY、副訊框前進(sub-Frame Advance)、下行資料傳送(Transmission)、上行資料接收(Receiving)。 ‧ 初始eNode-B VPHY   圖6　初始eNode-B VPHY流程圖 由於每塊硬體平台皆有其支援能力，所以eNode-B VPHY也先需要初始底層特性，並透過訊息的交換將這些特性與能力回報給RRC層，以供RRC層來選擇設定整個基地台。等到RRC層將eNode-B VPHY正確設定完成後，即可啟動eNode-B VPHY，完成eNode-B VPHY初始化程序。初始eNode-B VPHY可參照圖6。 ‧ 副訊框前進   由於eNode-B VPHY須要能夠掌握副訊框前進的時機，所以eNode-B VPHY內部有專門的副訊框計時器(Timer)來計算副訊框時間。當eNode-B VPHY被啟動後，此計時器即開始運作，等到計時器期限終止(Timer Expire)，則代表一個副訊框已經結束，亦同於宣告下一個副訊框開始，此時eNode-B VPHY會傳送SUBFRAME INDICATION訊息通知MAC層，來觸發MAC層開始進行資源排程程序。當eNode-B VPHY被停止時，內部的訊框計時器則被終止。 ‧ 下行資料傳送   Tx-Vector用來指示VPHY模組在每個Subframe的區間要傳送哪些DL Channel封包給用戶端設備(UE)。Subframe N-1收到的Tx- Vector是設定Subframe N的DL Channel，會被 VPHY模組暫存起來。當Subframe N開始後，就會取出該Subframe要使用的Tx-Vector來發送DL Channel的封包。 Tx-Vector指示VPHY模組在一個Subframe要發出哪些DL Channel的封包，包含Control Channel的PCFICH、PHICH、PDCCH，以及Share Channel的PBCH、PDCCH、PDSCH。 ‧ 上行資料接收   eNode-B VPHY模組是依照Rx-Vector的設定來接收UE送出的UL Channel封包。當一個Subframe開始時，MAC模組會發出一個Rx-Vector給VPHY模組，用來設定下一個Subframe該如何接收 封包。Rx-Vector的內容會指示VPHY在一個Subframe中，UE應該在哪些Resource Block上傳PUCCH或PUSCH的UL Channel資料。因此，VPHY模組在實作上會監聽一整個Subframe的時間，並且比對UL Channel封包與Rx-Vector指定的Channel條件，等到Subframe結束後，再將這次的接收結果回報給上層的MAC模組，包括成功解 碼的封包以及接收失敗的錯誤回報。而切換下一個Subframe的Rx-Vector的動作則是發生在Rx-Data Indication之後。圖7為一簡略的eNode-B VPHY資料傳送與接收時序圖。 圖7　eNode-B VPHY資料傳送與接收 UE VPHY充當溝通橋樑 UE VPHY主要工作有兩項，一是從EthRf接收來自eNode-B VPHY的訊息，處理其Payload之後，傳送至上層；二是依據上層控制資訊的指示與資料，組出VPHY Payload，並且在正確的Frame及Sub-frame傳送至EthRF。 為了便於上述兩項工作的處理，在設計上，將UE VPHY分成以下五個狀態(State)，分述如下： ‧ END   VPHY未被啟用的狀態。 ‧ READY   VPHY被啟用後的初始狀態。 ‧ CELL FINDING   UE VPHY根據上層所設定的頻率，搜尋eNode-B的訊號狀況，並回報給上層的狀態。 ‧ CELL SYNCING   UE VPHY根據上層所設定的eNode-B參數，與eNode-B進行實體層同步中的暫時狀態。 ‧ CELL SYNCED   UE VPHY與eNode-B實體層同步後，可以正常接收並傳送的狀態。 圖8　UE VPHY狀態轉移圖 這五種狀態的轉換，由上層的訊息觸發後，由UE VPHY根據實際情況判斷來進行。UE VPHY狀態轉移圖的關係如圖8。原本UE VPHY處於END狀態，接收到上層傳來的「開啟」訊息後，轉換到READY狀態。在READY狀態下，接收到上層傳送「Find Cell」訊息後，UE VPHY便轉換到CELL FINDING狀態。此時，UE VPHY會自行計算一段時間，在這段時間內接收某個特定頻率下的所有eNode-B訊號。等到時間結束，再將所有接收到的eNode-B訊號資料統整，回 報給上層。並自動切換回到READY狀態。   若在READY狀態下，接收到上層的訊息為「Sync Cell」，UE VPHY便會鎖定特定一台eNode-B的訊號進行同步。待收到該eNode-B的主要訊息區塊(MIB)後，完成同步，轉換到CELL SYNCED狀態。此外，由VPHY Framework可得知，EthRf接收到的VPHY Payload是否應傳送至Protocol Part，必須先經由Protocol Part的過濾程序做初步檢查。確認後，才會將該Payload送至Protocol Part。 在LTE VPHY中，主要的Payload可分成Channel Payload和Signal Payload。UE VPHY(表4、5)過濾的程序會因狀態而有所不同： ‧ END   不須要處理任何Payload。 ‧ READY   不須要處理任何Payload。 ‧ CELL FINDING   只處理上層所設定該頻率之下的eNode-B Signal Payload。 ‧ CELL SYNCING   處理特定eNode-B的Signal及Channel Payload。 ‧ CELL SYNCED   處理特定eNode-B的Signal及Channel Payload。 圖9　上層指示UE VPHY進行Find Cell的流程 如圖9所示，當UE VPHY接收到由上層傳送的Find Cell指令時，會將狀態由READY轉換成CELL FINDING，並開始聆聽訊息中所指定頻率的訊號，主要聆聽的為eNode-B的CELL_RS。聆聽一段時間後，便會結束Find Cell動作，並將聆聽統計到的資料，包裝成Scan Cell Report這道訊息回傳給上層。並再度回到READY狀態。   當UE VPHY接收到上層所傳送的Sync Cell指令時，便會將狀態 由READY轉換成CELL SYNCING，並鎖定特定的eNode-B訊號進行同步。 圖10　上層指示UE VPHY進行Sync Cell的流程 等待接收到該eNode-B的CELL_RS及PBCH Payload之後，將狀態轉換為CELL SYNCED，並將剛剛接收到的PBCH中的資料傳送給上層。同時，在UE VPHY的狀態轉換為CELL SYNCED後，就會開始定期的傳送SUBFRAME INDICATION給上層，讓上層得知每個Subframe轉換的時機點上(圖10)。   在接收一般的下行資料如PDSCH時，會在同一個Subframe也接收到對應的PDCCH所攜帶針對下行資料的下鏈控制資訊(Downlink Control Information, DCI)。 圖11　UE VPHY接收eNode-B下行資料的流程 此時，會先將收到的PDSCH資料存放於UE VPHY中。而將PDCCH中所攜帶的DCI，藉由DCI HI INDICATION訊息通知上層。上層收到此DCI後，會再利用Rx HARQ CONFIG訊息通知UE VPHY，針對剛剛接收的PDSCH資料處理。待處理完後，再將PDSCH中的資料，利用RX DATA訊息傳往上層(圖11)。而關於UE VPHY傳送上鏈資料的流程中。UE VPHY會先判斷下一個Subframe是否為適合傳送上行資料的機會，再利用DCI HI INDICATION當中的欄位(Tx Chance)通知上層。而上層收到訊息後，確定下一個Subframe是傳送資料的時機點，才會將欲傳送的上鏈資料，利用Tx Vector的訊息傳送給UE VPHY，UE VPHY等待下一個Subframe到來之後，再將資料送出(圖12)。   圖12　UE VPHY傳送上行資料給eNode-B的流程 VPHY有益LTE發展   針對LTE設計的VPHY，提供開發MAC層軟體時所需的控制介面及傳輸功能，而所開發出來的MAC層軟體因可透過VPHY進行整合性測試，將大幅地提高其正確性。 (本文作者任職於資策會網路多媒體研究所)

行動通訊邁向4G時代 LTE實體層設計大步創新

新通訊 2010 年 1 月號 107 期《 技術前瞻 》

文．黃麗芳/王家任/王吳祺

長程演進計畫 (LTE)是第三代合作夥伴計畫(3GPP)提出的重要次世代行動通訊技術。與前幾版不同的是，為了因應更高頻寬的需求，LTE捨棄以往行動通訊標準所使 用的分碼多重存取(CDMA)技術，改採與全球微波存取互通介面(WiMAX)相同的正交分頻多重存取(OFDMA)無線接取技術。因此許多WiMAX通 訊系統現存的問題也會出現在LTE上。為此，LTE的實體層提出不同的做法，以降低無線接取技術的複雜度，並為實現環境中可能出現問題謀求解決之道。

PAPR/HARQ/MIMO LTE設計面臨三大挑戰   舉例來說，OFDMA技術的峰值功率比(Peak-to-Average Power Ratio, PAPR)向來是設計人員開發OFDMA通訊系統時的一大設計難題。過高的PAPR將提高射頻功率放大器的實作成本，且功耗大幅提高。例如在WiMAX系 統中，PAPR效應將損失近12dB的線性放大區間。LTE實體層為了考慮用戶端裝置的成本與功率，其上行鏈路改採單載波調變(SC-FDMA)，以避免 多載波調變所造成的PAPR問題。此外，在LTE的規格中，混合自動重傳技術(HARQ)被規定為必備功能，並配合前向糾錯(FEC)的處理，來更有效整 合傳輸速率與傳輸品質的變化。 最後，為了提升頻譜使用效率，多天線已成為無線訊號處理最終的手段。以理論值來看，實體天線的增加，幾乎可以線性地提升頻譜使用效率。由於LTE是一種鎖 定行動寬頻應用而開發的技術，必須具備高速傳輸資料的能力，因此多重輸入多重多輸出(MIMO)也成為LTE主要的技術規格。 本文將依上述之特色分段介紹LTE實體層的技術，並且對LTE實體傳輸架構(Frame Structure)和相關參數以及針對上下行鏈路分別解釋各實體層通道的定義。 剖析LTE訊框結構 LTE系統同時定義了分頻雙工(Frequency Division Duplexing, FDD)以及分時雙工(Time Division Duplexing, TDD)兩種不同的傳輸方式，下行鏈路傳輸架構是以傳統式的OFDM為基礎，上行鏈路則採用SC-FDMA技術。FDD是在兩個對稱頻率通道上進行傳送與 接收，通道間用保護頻段(Guard Band)分隔。FDD必須採用成對的頻率，並依頻率來區分上下行鏈路，其單向的資源在時間上是連續的；TDD是用時間來作為傳送與接收信道的分隔，其單 向的資源在時間上是不連續的，時間資源在兩個方向隨著不同的結構(Configuration)設定而進行不同的分配。 以FDD-LTE為例，LTE規格定義最小的單位為資源單位(Resource Element, RE)，而資料傳輸的最基本單位為一對資源區塊(Resource Block, RB)(圖1)。在LTE FDD下行鏈路的系統架構中，一個訊框(Frame)是由十個子訊框(Subframe)組成的，一個子訊框包含兩個時槽(Slot)，而依循環前綴 (CP)的長短不同分別定義為長循環前綴(Extended CP)及標準循環前綴(Normal CP)，一個時槽分別由六個OFDM符元(Symbol)與七個OFDM符元組成(圖2)。 圖1　LTE資源單位定義 圖2　LTE下行鏈路訊框架構 圖3　LTE上行鏈路訊框架構 表1　物理通道的種類與用途 Channel 用途 下行 Physical downlink share channel (PDSCH) 攜帶給使用者的資料。 Physical multicast channel (PMCH) 攜帶MBMS資料。 Physical downlink control channel (PDCCH) 攜帶控制資訊(Downlink control information，DCI)。 Physical control format indicator channel (PCFICH) 透過CFI(Control Format Indicator)指示PDCCH的格式。 Physical hybrid ARQ indicator channel (PHICH) 攜帶ACK/NACK資訊。 Physical broadcast channel (PBCH) 在進行cell search時，攜帶系統頻寬等資訊。 上行 Physical uplink share channel (PUSCH) 攜帶給使用者的資料。 Physical uplink control channel (PUCCH) 攜帶控制資訊(Uplink control information，UCI)。 Physical random access channel (PRACH) 在初始接取(initial access)時傳送preamble。 在同步訊號(Synchronization Signal, SS)的設計上，可分為主同步訊號(Primary SS, PSS)和輔助同步訊號(Secondary SS, SSS)。以一個訊框來說，兩者位於第一個與第六個子訊框中前一個時槽的最後兩個符元，因此其週期可視為5毫秒。在下行鏈路上，針對不同的用途，參考訊號 (Reference Signal, RS)可細分為三種，分別為蜂巢網專用(Cell-specific)RS、群播/廣播單頻網路(MBSFN) RS及用戶端專用(UE-specific)RS，參考訊號在頻域與時域都是交錯的，因此帶有參考訊號的子載波，其通道響應可直接計算出來，對於其他的子 載波，則必須透過內插演算法來進行估測；而在上行鏈路，針對不同的用途可分為兩種，分別為解調變(Demodulation)RS及探測 (Sounding)RS，參考訊號則占滿每一個時槽的第三個符元。 LTE在物理通道的種類與用途，針對上下行鏈路各有定義，如表1所示，而各個物理通道的位置可參考圖2及圖3。 單載波技術有助彌補OFDMA缺點 以WiMAX的標準而言，上下行傳輸都是採用OFDMA來達成效能最佳的需求，然而PAPR問題卻造成用戶端設備難以符合效能與成本的需求，因此LTE標 準在定義時，考量到用戶端設備的功率消耗和設計複雜度等議題，決定採用與WiMAX不同的上行技術，即接下來要介紹的SC-FDMA。 OFDMA之所以被WiMAX與LTE兩大標準陣營接納，關鍵在於其資料符號各自放在大量且緊密區隔的正交子載波上，經過調變並且傳輸，因此具備預防多重 路徑衰減(Multipath Fading)的健全性，且接收器架構相當有效率。此外，下行鏈路調變架構可採用正交相位位移鍵控(QPSK)、16階正交調幅(16QAM)及64階正 交調幅(64QAM)等不同調變方式的靈活性，也是其雀屏中選的原因。最後，在時間範圍中，可將保護區間(Guard Interval, GI)加入每個符元中，以消除由於通道延遲而造成符號間的相互干擾。 上述優勢對於提供行動寬頻服務而言非常重要，因此鎖定此一應用市場的WiMAX與LTE均採用OFDMA技術。然而，OFDMA技術並非完美，其訊號的 PAPR過高，便是一棘手難題。在系統實作時，設計人員必須使用線性放大範圍比較大的功率放大器，因此成本與功耗都隨之提高。 從使用者的觀點來看，若手持設備因功率消耗太大而須時常充電，就算內部功能設計的再好，使用者一定不會認同此產品，基於此點，上行採用低功率消耗的SC-FDMA會是較佳的選擇。 從圖4中，很明顯地可以看出兩者技術上的差異在於灰色區塊，即發送端在執行離散傅立葉反轉換(IDFT)之前須先做離散傅立葉轉換(DFT)，而相對地接 收端在執行IDFT前須先做DFT，多加此一步驟的差別在於把原本要執行等化器的領域，從時間域轉成頻域。由圖5可知，原本在時域上運算，若要得到輸出， 即須把輸入和通道反應執行迴旋運算(Convolution)動作，而若把兩個值同時轉到頻率域去執行，因為DFT的大小不會隨著通道反應的長度線性變 大，即變成很簡單的相乘，因此把問題簡單化，硬體實現也比較容易。 圖4　SC-FDMA與OFDMA架構圖差異 圖5　通道反應在時域與頻域的執行 隨後會接著子載波映射(Subcarrier Mapping)，此步驟把使用者的上行資料擺放到基地台所允許的頻帶上，在SC-FDMA中，有兩種方法可以實現，一種為分散式 (Distributed)，另一種為集中式(Localized)。圖6左為分散式，其方法把子載波按一定的間隔擺放，中間沒有擺放的部分則是無子載波 的情況，而圖6右則為集中式，此方法則是把所有子載波集中在一個區域中，其他無擺放的地方一樣視為無子載波的部分。現行的標準只支援集中式。 圖6　分散式與集中式子載波映射 另外，SC-FDMA時域上表現的波形與OFDMA很類似，但是轉到頻域上，其形狀就成為一個頻寬很寬的窄頻訊號，因此在接收端，OFDMA由於是多載波 的關係，須針對每個載波做等化並且個別偵測，而單載波的SC-FDMA則只需一個等化器對單一載波作等化與偵測(圖7)。 圖7　OFDMA與SC-FDMA接收端 以上探討的部分都為服務單一使用者的情況下，但是在一般情況下，都是多個使用者一起共享資源，基地台一次服務多個使用者(圖8)。不同使用者上行到基地台 的資料，若以集中式子載波映射的方式，則基地台端即會根據安排給不同使用者的資源區塊，個別做等化和偵測的動作，就達成多使用者同時使用資源的目的。 圖8　接收端處理多個使用者 TD/FD影響HARQ實作複雜度 在無線媒體傳送的過程中，資料封包往往會因為時變移動通道和多路徑衰落等許多因素的影響而造成傳送失敗，LTE採用混合式自動重送請求HARQ，是一種結 合了前饋式錯誤修正(Forward Error Correction, FEC)與自動請求回覆(Automatic Repeat reQuest, ARQ)方法的技術，可以由前一個失敗的嘗試中存下有用的資訊，供之後的解碼使用，以提高下次重傳的成功機率。 根據重傳的時間可分為同步與非同步兩種，同步重傳是指HARQ重傳的時序是事先就決定好的，當接收端解碼失敗，並回報NACK後，傳送端會在事先就安排好 的子訊框做重傳，不須再透過控制訊號告知接收端何時去接收重傳；反之，非同步的重傳是指重傳的時序可透過控制訊號動態改變。 根據重傳時的資料特性是否改變，重傳動作又可分為自適應性和非自適應性兩種，資料特性包括資源區塊的分配、調變方式、資料區塊的大小等。自適應傳輸是指在 每一次重傳過程中，發送端可以根據實際的通道狀態改變部分的傳輸參數設定，因此在每次傳輸過程中包含控制訊息要一併發送；在非自適應系統中，這些傳輸參數 相對於接收端而言都是事先已知的，因此毋須傳輸控制訊息。 LTE在下行鏈路支援非同步自適應性的重傳，能充分利用通道的狀態訊息，從而提高系統的吞吐量，且可避免重傳時資源分配發生衝突而造成性能損失；在上行鏈 路方面，LTE則支援同步非自適應性的重傳，這是因為上行鏈路的複雜性較高，來自其他手機的干擾是不確定的，因此必須根據通道的實際情況而選擇合適的調變 編碼方式，且通常上行鏈路的平均傳輸次數高於下行鏈路，在控制訊息的傳送量的考量下，上行鏈路採用訊息需求較少的同步非自適應性HARQ。 編碼處理過後儲存在環狀儲存區(Circular Buffer)中的資料封包分為兩部分，一個是原始的資料位元(Systematic Bit)，一個是額外產生的冗餘資料位元(Redundant Bit)，是當初始傳送不足以避免錯誤產生時，HARQ重傳機制提供額外的冗餘資料減低錯誤發生的機率，每一次的重傳根據冗餘版本(Redundancy Version, RV)值有所不同，原則上重傳的資料中會含較多的冗餘資料，如圖9所示。 圖9　環狀儲存區資料儲存示意圖 接收端在收到資料時，假若解碼失敗則回報NACK，並將該次收到的資料封包存在暫存器中，待收到重傳的封包時，與先前存在暫存器中的錯誤資料封包做軟結合(Soft-combining)，再進行解碼。 HARQ封包和回報的處理時間為3毫秒，LTE FDD系統中，手機發送數據後，經過3毫秒的處理時間，系統發送ACK/NACK，手機再經過3毫秒的處理時間確認。完成上述程序後，才算一個完整的 HARQ處理過程，因此在分頻雙工的LTE系統中，HARQ的往返時差(Round Trip Time, RTT)固定為8毫秒，且ACK/NACK位置固定，如圖10所示。分時雙工LTE系統中HARQ的設計原理與分頻雙工LTE相同，但由於分時雙工的上下 行鏈路在時間上是不連續的，手機發送ACK/ NACK的位置不固定，且同一種上下行配置的HARQ(圖11)的RTT長度有可能不一樣，因此其實作過程將較分頻雙工LTE複雜。 圖10　HARQ回報流程範例 圖11　LTE下行物理通道處理流程 傳輸分集/空間多工MIMO各有千秋 顧名思義，MIMO技術表示傳送端有多個訊號被輸入無線通道，接收端無線通道有多個訊號輸出，可提高頻譜效率，所以能夠保證較高資料速率。此外，透過傳送 端的空間預編碼(Precoding)和接收端的空間後編碼(Postcoding)等空間處理，也有助於改善無線系統的性能。MIMO技術與正交分頻多 工技術一起使用時，則可充分利用無線通道的功能，即透過空間分集(Spatial Diversity)和在多路徑環境中在採用空間上獨立的天線來實現。 在LTE標準架構下，目前在下行鏈路有做MIMO的設計，資料經過打亂(Scramble)及調變映射(Modulation Mapper)後，先將處理過的資料映射為N層，並將N層的資料分別進行預編碼，再個別將資料進行資源單位映射，最後將OFDM訊號在M根天線上傳送，其 中N≦M，而主要實現MIMO的關鍵在於分層映射(Layer Mapper)及預編碼。 MIMO技術可大略分為傳輸分集(Transmit Diversity)以及空間多工(Spatial Multiplexing)兩大流派，其中前者為避免發生在每根天線傳送路徑上的嚴重訊號衰落，先將輸入資料進行預編碼，再將編碼後的資料映射到對應的天 線上發送，透過多個天線發射獨立資料訊號，以增加資料傳輸的可靠性；後者則是透過增大空間分集來改善能量效率，提供在同一個射頻鏈路上，同時多個平行資料 流的傳送。 利用傳輸分集來實現MIMO時，資料處理將視傳送端的天線數量而有所改變，例如在兩根天線的條件下，其預編碼將把Alamouti演算法應用在頻域上面， 成為空頻區塊碼(Space-Frequency Block Code, SFBC)；而四根天線是結合了SFBC和頻率交換傳送分集(Frequency-Switched Transmit Diversity, FSTD)的方式來實現MIMO技術，其預編碼公式如圖12所示，加上FSTD的目的是由於在天線0與天線1上傳送的參考訊號較多，因此將不同的訊號使用 前兩個天線傳送較為適當。假設輸入資料由S1～S4組成，經過分層映射、預編碼等資料處理後由天線0～天線3發送，由圖13可知，天線0的子載波K及 K+1分別載送S1及S2，而子載波K+2及K+3是不傳送任何資料的，其餘天線的子載波傳送方式依此類推。 圖12　四根天線MIMO之編碼矩陣 圖13　四根天線MIMO資料傳輸示意圖 利用空間多工來實現MIMO時，舉例來說，若在傳送端與接收端各有兩支天線，則最高可以同時有兩條平行的資料流在同一射頻鏈路上傳送，傳輸速率的增加可達 到兩倍之多。在實現MIMO時一樣會經過預編碼，但不同於傳輸分集的是預編碼矩陣採用碼簿(Codebook)的方式，此碼簿是傳送端與接收端皆已知的， 傳送端在控制訊息中會告知接收端使用的碼簿編號，以利接收端進行後編碼。 另外此方法常常會伴隨使用週期性延遲分集(Cyclic Delay Diversity, CDD)，在符元加上保護區間之前，先加上週期性延遲(Cyclic Delay, CD)，將原始資料欲延遲的取樣點移動到最前面，再將處理過後的資料(斜線部分)加上保護區間，成為一個新的OFDM符元，作法如圖14所示。 圖14　週期性延遲分集技術 在不同根天線製造傳送時間延遲是為了對抗時變通道(Time-variant Channel)，但一般訊號經過時間延遲之後容易造成符元間的干擾(Inter-Symbol Interference, ISI)，因此天線上總延遲的時間必須小於保護區間的長度，而使用CDD後更能妥善利用OFDM訊號的特性，將不再受限於此。 LTE實體層預埋4G伏筆 高傳輸速率是目前下世代通訊技術最重要的目標，因此大頻寬以及高頻寬使用效率則成為各項通訊規格角逐的重要指數。LTE目前雖然仍定位為後3G技術，但是 根據LTE的各項實體層技術規範，卻已經可以勾勒出4G技術的實體層的輪廓。譬如採用OFDM技術來因應大頻寬的使用，並配合MIMO技術的來倍數提升速 率，接著採用HARQ來穩定通訊品質與通訊速率的變化，此外再進一步考慮手持裝置的成本與功耗。因此不管未來的4G主流為何種標準規格，在LTE系統下， 實體層工程師已經得到了最佳的設計方向，並確立了未來研究發展的目標。 (本文作者任職於資策會網路多媒體研究所)